Светодиодные источники света доклад

Обновлено: 17.05.2024

Светодиодные лампы - это современная альтернатива традиционной лампе накаливания.

Светодиодные энергосберегающие лампы предназначены для использования, как на улице, так и внутри помещения, сочетают в себе традиционное исполнение (цоколь Е-27, Е-14, MR-16, GU-10) и высокую надежность, отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения вредного для здоровья, высокую насыщенность и чистоту цвета.

1. Светоизлучающий диод. Принцип работы

Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emittingdiode) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока.

Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава, использованного в нем полупроводника.

Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A III B V (например, GaAsили InP) и A II B VI (например, ZnSe или CdTe).

Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). Диоды, сделанные изнепрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают.

Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

2. Преимущества и недостатки светоизлучающего диода

Преимущества, которыми обладает светоизлучающий диод (СИД) по сравнению с традиционными лампами, позволяют с уверенностью утверждать, что появление новых типов осветительных приборов на основе СИД станет революционным технологическим прорывом в светотехнике.

Впервые светодиоды стали использоваться в промышленной продукции во времена СССР в конце 60-х – начале 70-х гг. Тогда они не обладали требуемой для осветительных приборов светоотдачей, ресурс их был невелик, и светили они не белым цветом, как нужно, а красным или каким-то иным. Все упиралось в материалы. В 90-х гг. по понятным причинам работа над созданием светоизлучающих диодов была приостановлена.

В мире же, наоборот, подобные работы велись нарастающими темпами, и был создан новый материал – нитрид галлия на сапфире, позволивший достичь свечения белого цвета. Особенно в этом плане преуспела японская компания Nichia и ее коллеги-конкуренты из других сопутствующих фирм, разработавшие пять технологических блоков процесса изготовления светильников:

- рост кристаллов сапфира по методу Киропулоса;

- механическую обработку кристаллов сапфира, в т.ч. резку, шлифовку и полировку пластин до 14 класса;

- эпитаксиальное наращивание нитрида галлия на полированных подложках сапфира методом газотранспортных реакций;

- изготовление на эпитаксиальных структурах методом электронной литографии чипов светодиодов;

- сборочное производство (корпусирование) светодиодов.

В настоящее время в мире кристаллы светодиодов поставлены на массовое производство, и ежегодно общемировой прирост объемов их выпуска увеличивается на 30–40%. По результатам 2008 г., мировой рынок светодиодов достиг 25–30 млрд долл.

В настоящее время разработана целая серия осветительных приборов, в т.ч. идентичных по цоколю лампам накаливания мощностью от 40 до 100 Вт, с энергопотреблением 4–10 Вт. Значительно расширены сферы, в которых могут быть использованы приборы. Фактически речь идет о возможной замене существующих ламп накаливания и люминесцентных ламп светильниками на СИД.

Можно отметить основные преимущества ламп на светодиодах:

- низкое энергопотребление – в 10 раз ниже, чем у обычной лампы накаливания, и на 20–25% ниже, чем у энергосберегающей люминесцентной лампы;

- лампы на светодиодах не требуют особой системы утилизации, т.к. они, в отличие от люминесцентных ламп, экологически безвредны. Светодиод не представляет вреда для экологии, его размеры относительно малы;

- пожаро- и взрывобезопасность;

- полная цветовая гамма излучения;

- высокий КПД. Современные светодиоды немного уступают по этому параметру только натриевым газоразрядным лампам. Однако натриевые лампы непригодны для освещения жилых помещений из-за низкого качества света;

- высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);

- спектр современных люминофорных диодов аналогичен спектру люминесцентных ламп, которые давно используются в быту. Схожесть спектра обусловлена тем, что в этих светодиодах также используется люминофор, преобразующий ультрафиолетовое или синее излучение в видимое с хорошим спектром;

- малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком;

- безопасность — не требуются высокие напряжения;

- нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Недостатки ламп на светодиодах:

- основной недостаток — высокая цена. Отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50 — 100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания;

- низкая предельная температура:

мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком мелкие) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп накаливания). Осветительный светодиод мощностью 10 Ватт требует пассивный радиатор размером как у микропроцессора Pentium 4 без вентилятора. Такой большой радиатор не только удорожает конструкцию, но и с трудом может быть вписан в формат бытовых осветительных приборов;

- для питания светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно;

- высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора, при его наличии пульсации малы;

- дешёвые массовые LED имеют светоотдачу 60-100 лм/Вт;

- спектр отличается от солнечного.

3. Область применения

Также разрабатываются различные осветительные приборы: для нумерации домов и улиц, заградительных огней, рекламных щитов, светофоров и табло обратного отсчета времени, освещения лифтов и подъездов домов.

Сейчас ведется работа для создания серии осветительных приборов, необходимых для жилищно-коммунального хозяйства, ТЭКа, транспорта и связи.

В плане уличного освещения ученые ориентируются на создание небольших тротуарных или парковых светильников, при этом разрабатывается светильник с энергопитанием от солнечных батарей. Другими словами, батарея, находящаяся над светодиодным светильником, вырабатывает энергию, которая накапливается в аккумуляторе, а ночью используется для освещения. Ввиду того, что энергопотребление у светодиодов низкое (5–10 Вт), солнечные батареи вполне могут обеспечивать данный светильник.

Светодиодное освещение применяется в светотехнике для создания дизайнерского освещения в специальных современных дизайн - проектах. Надёжность светодиодных источников света позволяет использовать их в труднодоступных для частой замены местах (встроенное потолочное освещение, внутри натяжных потолков и т. д.).

Декоративная светодиодная подсветка в основном применяется для праздничной иллюминации. Для чего используется новогоднее украшение - светодиодная гирлянда. В период праздников, (в большей степени новогодних) их можно увидеть на улицах городов, они украшают деревья, фасады зданий и другие уличные объекты.

Светодиоды в душевой. Cromobox — инновационные светодиодные двери для душевых комнат, изменяющие окраску в зависимости от температуры воды и времени суток.

4. Стоимость светодиодного светильника, пути снижения себестоимости

Энергосберегающая люминесцентная лампа (если сравнивать с ней) марок Philips и Pila стоит 15–80 грн. Лампа на светодиодах даже при единичном пробном выпуске обходится в 100–200 грн.

Если наладить ее выпуск на автоматизированной линии, цена понизится. Но значительного снижения цены можно достичь при использовании в производстве собственных светодиодов, т.е., закупив линию их сборки, можно получить снижение цены до 30%.

Таким образом, цена будет фактически сопоставима с ценой люминисцентных энергосберегающих ламп, но здесь нужно учитывать, что светодиодная лампа по многим пунктам выгоднее.

Также немаловажный аспект – таможенные налоговые льготы. В производстве используются импортные исходные комплектующие, и льготы, предусмотренные законом для особых экономических зон, принесут немалую выгоду. В частности, поэтому ожидается на выходе получать более дешевый продукт в виде светодиодных светильников и, соответственно, более массовое его производство.

5. Перспективы светодиодных ламп в сфере ЖКХ, на широком рынке

Если в жилищно-коммунальном и дорожном хозяйствах заменить традиционные лампы на светодиодные, то экономия электроэнергии в масштабах всей страны составит 20–25%, т.е. именно на столько можно сократить выработку электроэнергии. Налицо очевидная выгода. В целом, принимая многие факторы во внимание, ожидается, что рынок светодиодов в странах СНГ будет расти в геометрической прогрессии.

Таблица 1. Сравнительная характеристика ламп.

Тип светоизлучателя	Потребляемая мощность, Вт	Срок службы, час.	Коэффициент преобразования электроэнергии, %	Удельная эффективность, Лм/Вт	Возможность получения основных цветов
Лампа накаливания	60	1000–2000	10–15	20–25	Дневной свет, цветные светофильтры
Люминесцентная лампа	20–30	6000–6500	20–25	40–80	Дневной свет, цветные светофильтры
Светоизлучающий диод	3–15	100000	60–65	70–100	Непосредственное получение красного, зеле- ного, синего, белого цветов

6. Использование светодиодных ламп для передачи информации в современных коммуникационных сетях

Основой технологии послужит одна из главных особенностей светоизлучающих диодов, которая отличает их от обычной лампы накаливания, — способность быстро, незаметно для человека включаться и выключаться. Мерцание света, происходящее с большой частотой, позволит передавать информацию без заметных изменений в уровне освещенности комнаты.

Изначально прогнозируется скорость передачи данных от 1 до 10 Mbps. Однако разработчики заявляют, что потенциальная пропускная способность таких сетей может быть гораздо выше, чем у ныне существующих радиоволновых. Кроме того, поскольку видимый свет не проникает через непрозрачные поверхности, такие как стены, подобные сети будут лучше защищены от прослушивания, чем традиционные — на радиочастотах.

Самым очевидным недостатком подобной технологии является, конечно, необходимость располагать сетевые устройства в зоне видимости светодиодной лампы. Но в сравнении с преимуществами и удобствами технологии это не кажется таким большим минусом.

Инновационная светодиодная лампа - наиболее актуальный на сегодняшний день продукт новейших технологий, воплощенных в высококачественных, надежных электротехнических изделиях, которые прослужат долго. Использование светодиодных ламп позволит значительно сократить расходы на освещение, при этом не ухудшая его видимое качество и безопасность для здоровья человека и окружающей среды, а напротив – улучшая.

Принцип размещения ламп в помещениях не меняется, технологии позволяют выпускать светодиодную лампу с обычным цоколем, то есть переоборудовать ничего не нужно.

В дальнейшем ожидается настоящий бум по переоснащению на светодиодную технологию. В России уже запущены многомиллиардные проекты по постройке специализированных заводов для производства светодиодных ламп различного вида.

Эта публикация отвечает на некоторые часто задаваемые вопросы о системах освещения с использованием светоизлучающих диодов (LED). Ответы на вопросы освещения помогут практикующим специалистам понять различия между светодиодами и другими традиционными источниками света, а также некоторые их соответствующие рабочие характеристики. Описываются ключевые вопросы, которые важны для понимания эффективного использования светодиодов в осветительных приборах, включая электрические характеристики, тепловые характеристики и оптические характеристики. Эта публикация должна быть полезна любому практикующему специалисту, который хочет эффективно использовать светодиодные системы освещения.

Что такое светодиод?

Источник света. Представляет собой полупроводниковый материал, излучающий свет, когда через него течет ток. Излучаемый свет находится в узком диапазоне спектра, в отличии от лампы накаливания, у которой более широкий спектр. Впервые разработаны в 1960-х годах, но только в последнее десятилетие светодиоды получили повсеместное распространение.

Полупроводник - материал, электрическая проводимость которого находится между проводником и изолятором. Проводимость полупроводников зависит от температуры.

Когда прямое напряжение прикладывается к полупроводниковому элементу, образующему PN-переход (ранее называемый переходом), электроны перемещаются из области N в область P, а дырки перемещаются в область N. Рядом с переходом электроны и дырки объединяются. Когда это происходит, высвобождается энергия в виде света, который излучается светодиодом.

PN-переход - для светодиодов это часть устройства, в которой положительные и отрицательные заряды объединяются для получения света.

Светодиод - самый экономичный и эффективный источник света 4-го поколения. Бывает белого и цветного излучения. На основе светодиодов производятся светодиодные светильники и другие источники света, телевизоры, рекламные экраны, габаритные огни автомобиля и многое другое.

Что такое люминофор светодиода?

Светодиодный люминофор - это вещество, обладающее феноменом флюоресценции, которое может поглощать свет или другое электромагнитное излучение, тем самым создавая свет с более длинными волнами. Люминесценция - нетепловое свечение вещества, происходящее после поглощения им энергии возбуждения.

Это важный компонент для белых светодиодов, обеспечивающий широкий спектр и высокий индекс цветопередачи (CRI).

Два способа создания белого цвета у светодиода

Смешанный белый свет. Один из подходов - смешать свет от нескольких цветных светодиодов для создания спектрального распределения мощности, которое выглядит белым. Аналогичным образом, так называемые 3-х фосфорные люминесцентные лампы используют три люминофора, каждый из которых излучает относительно узкий спектр синего, зеленого или красного света при получении ультрафиолетового излучения от ртутной дуги в трубке лампы. Расположив красный, зеленый и синий светодиоды рядом друг с другом и правильно смешав количество их выходного сигнала, полученный свет станет белым по внешнему виду.
Белый свет с преобразованием люминофора. Другой подход к созданию белого света - использование люминофоров вместе с коротковолновыми светодиодами. Например, когда один люминофор, используемый в светодиодах, освещается синим светом, он излучает желтый свет, имеющий довольно широкое спектральное распределение мощности. За счет включения люминофора в корпус синего светодиода с максимальной длиной волны от 450 до 470 нанометров часть синего света будет преобразована люминофором в желтый свет. Оставшийся синий свет при смешивании с желтым светом дает белый свет. Новые люминофоры разрабатываются для улучшения цветопередачи .

Толщина и концентрация люминофора - второстепенные факторы для упаковки белых светодиодов. Это связано с тем, что световой поток и цвет светодиода регулируются в основном за счет изменения толщины и концентрации люминофора после выбора преобразователей люминофора. Толщина и концентрация люминофора могут варьироваться в процессе производства, и они влияют на оптическую стабильность белых светодиодов.

Что такое светодиодные чипы (LED chips)?

Чип SMD (СМД)

Светодиодный чип SMD - это форма светодиодного корпуса, который заключен в тонкий корпус и устанавливается непосредственно на поверхность печатной платы (РСВ). Это передовая технология по сравнению с прямыми встроенными светодиодами, которая имеет преимущества простого, компактного и хорошего рассеивания тепла.

Этот метод производства электронных плат основан на технологии поверхностного монтажа (SMT), которая в значительной степени заменила технологию сквозных отверстий (THT), особенно в устройствах, которые должны быть небольшими или плоскими. По сравнению с последним, SMT позволяет при необходимости использовать обе стороны печатной платы.

С амый распространенный пример SMD - это смартфон. В нем есть компоненты, которые необходимо очень плотно упаковать в очень тонкий корпус, поэтому использовать компоненты THT нереально. Последние также занимают место внизу или за печатной платой, так как именно там они припаяны, что приводит к острым концам, где припой встречается с выводами. Компоненты SMT могут быть меньше, чем компоненты THT, поскольку они могут иметь либо меньшие выводы, либо вообще не иметь выводов, что упрощает усадку компонентов.

Чип COB (КОБ)

Светодиодный чип СОВ - это производственный подход, при котором светодиодные чипы размещаются непосредственно на печатной плате (РСВ), а не в корпусах светодиодов. Плата контролирует т епловые компоненты лампы и следит за тем, чтобы она не перегревалась. Благодаря отсутствию упаковки продукт может быть более компактным и, следовательно, иметь более высокую плотность просвета, чем SMD.

COB - мульти-светодиодные чипы упакованы вместе как один модуль освещения. Они имеют большое преимущество в виде теплового сопротивления, большей площади охлаждения, лучшего светового эффекта и высокой световой отдачи.

Другой аспект светодиодов COB, который снижает частоту отказов, заключается в том, что точечная пайка отдельных светодиодных чипов не требуется, поскольку каждый чип устанавливается непосредственно на подложку. Меньшее количество точек сварки снижает вероятность отказа.

Что такое индекс цветопередачи (СRI)?

Индекс цветопередачи - это способность источника света по сравнению с естественным дневным светом, определяемую СIЕ. СRI измеряется путем сравнения 14 тестовых образцов цвета при освещении эталонным дневным светом и тестируемым источником света. Результаты представляют собой 14 числовых значений в диапазоне до 100 (обозначены R1-R14), что указывает на лучшую способность цветопередачи источника света для значения, близкого к 100, а также может быть отрицательным из-за очень плохой производительности. CRI - это среднее арифметическое R1-R14, однако вместо этого часто предпочитают другой параметр Ra, который представляет собой среднее значение R1-R8.

Типичные белые светодиоды на основе люминофора имеют значения индекса цветопередачи (CRI), сравнимые с газоразрядными лампами (люминесцентные и разрядные с высокой интенсивностью), которые используются во многих осветительных приборах. Распространено мнение, что высокий индекс цветопередачи означает хорошие свойства цветопередачи. CRI на самом деле является показателем того, насколько похожий источник света заставляет цвета выглядеть по сравнению с эталонным источником, таким как лампа накаливания (вот почему лампа накаливания имеет индекс цветопередачи около 100).

Для светодиодных систем смешанного цвета индекс цветопередачи очень чувствителен к длинам волн составляющих цветов; однако эта чувствительность не обязательно отражает предпочтения человека в отношении внешнего вида цвета в реальном приложении. Недавние исследования показали, что смешанные белые светодиодные системы с индексом цветопередачи в 20-е годы могут давать более высокое цветовое предпочтение, чем системы с индексом цветопередачи в 90-х годах.

Что такое коррелированная цветовая температура (ССТ)?

Нужен пример? Лампы накаливания обеспечивают хорошее приближение к излучателям черного тела, поэтому они являются полезным примером для описания цветовой температуры. Когда нить лампы накаливания нагревается, она в конечном итоге начинает светиться. Свечение, конечно же, имеет цветовые характеристики. По мере того, как температура поверхности самой нити становится выше, ее свечение меняет цвет. Свечение начнется при относительно низких температурах (около 1500K) в виде темно-красного цвета. По мере того, как температура поверхности нити накаливания продолжает повышаться, свечение будет переходить от красного к оранжевому, от оранжевого к желтому, от желтого к белому и, если оно станет достаточно горячим (обычно не в случае ламп накаливания), от белого к голубому.

Температура цвета любого источника света при длительном прибывании напрямую влияет на производительность труда, самочувствие, утомляемость и другие факторы.

Что такое световой поток (Lm)?

Световой поток - это мера общего выходного света источника света, воспринимаемого человеческими глазами. Единица измерения - люмен (лм) . В отличие от лучистого потока, световой поток регулируется для отражения чувствительности человеческого глаза к видимому свету с помощью функции яркости.

Люмен (Лм)

Люмен - это единица светового потока в системе СИ‚ указывающая общий видимый свет, излучаемый за единицу времени. Обычно указывается производителем на коробке источника света с другими основными характеристиками. Чем выше значение (лм), тем ярче светит лампа.

Люмен определяется единицей силы света - канделой (кд). Таким образом, один люмен - это световой поток, излучаемый в пределах единичного телесного угла (один стерадиан) небольшим источником, имеющим равномерную силу света в одну канделу, так что 1 лм = 1 кд-ср, а общий поток во всех направлениях составляет 4 π лм.

Что такое освещенность?

Освещенность - это мера светового потока на поверхности на единицу площади. Единица измерения люкс (пк) Таким образом, освещенность света зависит не только от светового потока, но также от расстояния до измеряемой поверхности и распределения света, если не изотропно.

Люкс (Лк)

Люкс - это единица измерения освещенности в системе СИ ‚ определяемая как лм/м.кв., которая измеряет свет, падающий на поверхность. Это основной параметр при светотехническом расчете, другими словами как ярко или тускло должно быть на поверхности.

Вектор освещения

Термин, используемый для описания потока света. У него есть и величина, и направление. Величина определяется как максимальная разница в величине освещенности на диаметрально противоположных элементах поверхности небольшой сферы с центром в рассматриваемой точке. Направление вектора - это диаметр, соединяющий более яркий элемент с более темным.

Сила света

Величина, которая описывает силу освещения источника в определенном направлении. Точнее говоря, это световой поток, излучаемый внутри очень узкого конуса, содержащего это направление, деленное на телесный угол конуса.

Кандела (сокращение cd)

Что такое световая отдача?

Световая отдача (LE) измеряет эффективность источника света. Это отношение выходного светового потока к потребляемой электроэнергии, измеряемое в люменах на ватт (лм / Вт). В зависимости от цели источника света эффективность также может быть измерена в других единицах (например, мощность излучения на ватт или РPF для растущих растений), если это не предназначено для освещения людей.

Максимальное значение LЕ составляет 683 лм / Вт (т.е. вся электрическая мощность переходит в зеленый свет) в соответствии с определением светового потока. В то время как большинство современных светодиодов имеет значение менее 200 лм/вт.

Первые светодиоды были довольно маленькими, элемент составлял всего около 0,25 миллиметра по краю. В более поздних моделях есть элементы с ребром 1 миллиметр - значительно больше, но все же довольно маленькие. Одним из ограничений больших размеров является проблема несовершенства материалов, образующих полупроводниковые элементы, когда они осаждаются на гораздо более крупные подложки; эти недостатки значительно снижают эффективность. Таким образом, светодиоды, состоящие из одного элемента, вряд ли в ближайшем будущем превысят светоотдачу обычных источников света. Однако светодиоды с несколькими элементами, объединенными в одно устройство, уже доступны на рынке; Эти устройства уже приближаются к световому потоку некоторых маломощных ламп накаливания, и будущие продукты, вероятно, будут и дальше обеспечивать более высокий световой поток.

Что такое переменный ток (AC)?

Переменный ток - это электрический ток, который периодически меняет свое направление. Это форма электричества, которая обычно используется для подачи электричества в сеть (энергоснабжение) внутри стенной розетки в жилых, коммерческих или других зданиях. Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление. Напряжение и частота являются основными характеристиками переменного тока и различаются в разных странах. Например, 110 В / 60 Гц в США, 230 В / 50 Гц в Германии, 220 В / 50 Гц в Китае.

Что такое постоянный ток (DС)?

Постоянный ток - это электрические потоки в постоянном направлении, которые обычно наблюдаются во многих устройствах малой мощности. Для светодиодов и их осветительной арматуры постоянный ток - это только надлежащая форма источника питания по сравнению с переменным током, поскольку полупроводники светодиодов пропускают электрические импульсы только в одном направлении.

Что такое светодиодный источник питания (LED драйвер)?

Драйвер светодиода выполняет функцию, аналогичную балласту для газоразрядных ламп. Он контролирует ток, протекающий через светодиод. Большинство драйверов светодиодов предназначены для подачи тока на конкретное устройство или массив. Поскольку светодиодные корпуса и массивы в настоящее время не стандартизированы, очень важно выбрать драйвер, который соответствует конкретному устройству или массиву для освещения.

Светодиоды могут приводиться в действие только постоянным током (DС) из-за принципа свечения светодиодов. Таким образом, для работы светодиодов требуется дополнительный компонент для преобразования электросети (АС) в постоянный ток, который называется источником питания светодиодов. Профессиональный источник питания для светодиодов должен не только не иметь мерцания, но и иметь функции для защиты светодиодов от перегрузки по току и других угроз.

LED драйвер, светодиоды и другие электронные компоненты используются для производства светодиодных светильников различного назначения и применения.

Что такое диммер?

Диммер - это электронное устройство, которое может переключать электрические токи. Используется для настройки яркости светодиодов, которые могут быть подключены до, после или интегрированы в источник питания светодиодов.

Регулировка яркости светодиодов может осуществляться двумя способами: аналоговой и широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Аналоговое регулирование яркости изменяет световой поток светодиода, просто регулируя постоянный ток в цепочке, в то время как затемнение с ШИМ достигает того же эффекта, изменяя рабочий цикл постоянного тока в цепочке, чтобы эффективно изменять средний ток в цепочке. Несмотря на привлекательную простоту, аналоговое регулирование яркости не подходит для многих приложений.

Аналоговое затемнение не подходит для многих приложений, потому что оно теряет точность затемнения примерно на 25% + только при уровнях яркости 10: 1, а также искажает цвет светодиодов. В отличие от этого, ШИМ-регулирование яркости может обеспечить коэффициент яркости 3000: 1 и выше (при 100 Гц) без какой-либо значительной потери точности и без изменения цвета светодиода.

Диммер ШИМ

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) - это метод уменьшения средней мощности путем прерывания постоянного тока до дискретных импульсов. Он имеет значительное преимущество в экономии энергии по сравнению с диммерами 0-10 В. Но имеет риск вызвать заметное мерцание, если частота импульсов недостаточно высока. На практике рекомендуется частота выше 1 Гц, чтобы избежать мерцания, обнаруживаемого человеком. А частота выше 25 Гц рекомендуется для камер со скоростью 120 кадров в секунду.

Диммер 0-10

С развитием светодиодной технологии для жилого и коммерческого освещения, регулировка яркости 0-10 В постоянного тока привлекает большое внимание как более эффективный способ управления светоотдачей светодиодных светильников. При повышении или понижении напряжения соответствующий диммируемый драйвер 0-10 В согласовывает световой поток прибора с увеличением или уменьшением до определенного процента. Диммирование 0-10 В постоянного тока - одно из самых простых и популярных средств управления динамическим освещением, используемое в офисах, торговых помещениях и домах.

Как работает диммирование 0-10 В?

Напряжение постоянного тока обычно соответствует уровню затемнения драйвера, что означает, что если сигнал составляет 8 В, светильник имеет выходную мощность 80%. Если сигнал понижается до 0 В, свет имеет минимальный уровень затемнения.

Это метод раннего затемнения, который просто понижает ток, что приводит к затуханию света. Но приводит к дополнительному потреблению энергии и нагрузки на сеть.

Светодиодные источники света (англ. light-emitting diode, LED) или LED — тип источников света, в которых используются светодиоды — полупроводниковые приборы, излучающие свет под действием проходящего через кристаллы электрического тока или фотодиоды — поглощающие свет, которые под действем лучей света накапливают электроны, создавая электрический потециал.

Мощные полупроводниковые светодиоды, включая органические, или полимерные(OLED) были созданы в конце ХХ века для замены традиционных источников света: ламп накаливания, дуговых и газоразрядных ламп, или источников света

Содержание

Введение

Испускающий свет (ВЕДОМЫЙ) ( [1] ) диод является источником света полупроводника. LEDs используются как лампы индикатора во многих устройствах и все более и более стали использоваться для освещения. Введенный в качестве практического электронного компонента в 1962, [2] веачале LEDs испускал красный свет низкой интенсивности, но сейчас современные версии доступны для видимых, ультрафиолетовых и инфракрасных длин волн, притом с очень высокой яркостью.

При повторном включении диода электроны в состоянии повторно объединиться с фотонов. Этот эффект называют электролюминесценцией, и цвет света (в соответствии с энергией фотона (длиной волны)) и определен энергетическим состоянием полупроводника. ВЕДОМЫЙ (диод) является обычно маленьким по площади (меньше чем 1 мм²), и интегрированные оптические компоненты используются, чтобы сформировать его лучевой образец и помочь в отражении. [4] LEDs имеют много преимуществ перед накальными источниками света, включая более низкое потребление энергии, более длинную целую жизнь, улучшенную надежность, меньший размер, более быстрое переключение, и большую длительность и надежность в работе. Однако, они относительно дороги и требуют более точного потока и управления высокой температурой, чем традиционные источники света. Продукты LEDs для общего освещения более дороги, чем флуоресцентные источники, лампы сопоставимой продукции.

Они также более приятные при использованиии в столь же разнообразных условиях после замены традиционных источников света в освещении авиации, автомобильного транспорта арои освещении (особенно индикаторы) и в транспортных сигналах. Компактный размер LEDs позволил получить новый текст, видео показы и применить как более развиваемые датчики, одновременно имея высокие нормы переключения они полезны в передовой технологии коммуникаций. [5]

История

Зеленая электролюминесценция на кристалле, по эксперименту H. J. Round's в 1907.

В 1961, экспериментаторы Роберт Биард и Гэри Питтман, работающие над Инструментами Техаса, [13] нашли, что GaAs испускал инфракрасное излучение, когда был применен электрический ток, и получил патент на ВЕДОМОГО инфракрасного излучателя.

Первый практический видимый спектр (красный) ВЕДОМЫЙ был развит в 1962 Ником Холоньяком младшим, работая с Компанией Дженерал Электрик. [14] Holonyak замечен как "отец испускающего свет диода". [15]

Технология

Физика

Элементы полупроводникового светодиода (LED)

Внутренние процессы ВЕДОМОГО

Диаграмма I-V для диода ВЕДОМЫЙ, который начнет испускать свет, когда напряжение будет увеличено до величин напряжений = 2-3 вт

Как нормальный диод, ВЕДОМЫЙ состоит из чипа полупроводникового материала, лакируемого с примесями, чтобы создать p-n соединения. Как в других диодах, поток течет легко от p-стороны, или анода, к n-стороне, или катоду, но не в обратном направлении. Электроны курьеров-обвинения и поток отверстий в соединение движутся от электродов с различными напряжениями. Когда электрон встречает отверстие, он падает как бы в яму с более низкий уровенем энергия, и отдаёт энергию в форме фотона.

Длина волны испускаемого света определяет его цвет, и зависит от энергии промежутка полосы материалов, формирующих p-n соединение. В кремнии или диодах германия, электроны и отверстия повторно объединяются неизлучающим переходом, который не производит никакой оптической эмиссии, потому что они - косвенные материалы промежутка полосы. Материалы, используемые свет ВЕДОМОГО, имеют прямой промежуток полосы с энергиями, соответствующими почти инфракрасному, видимому или почти ультрафиолетовому свету, цвету.

ВЕДОМОЕ развитие началось с инфракрасных и красных устройств, сделанных с арсенидом галлия. Авансы в науке материаловедения сделали возможным производство устройств с когда-либо-более-короткими длинами волны, производя свет с разнообразием цветов.

LEDs обычно основываются на основании n-типа, с электродом, приложенным к слою p-типа, депонированному (базируемому) на его поверхности. Основа P-типа, в то время менее общие основы используются также. Много коммерческих LEDs, особенно GaN/InGaN, также используют основание сапфира.

Большинство материалов, используемых для ВЕДОМОГО производства, имеет очень высокие преломляющие показатели. Это означает, что столько света будет отражено назад в материал в материальном/воздушном поверхностном интерфейсе, сколько на него падает. Поэтому Легкое извлечение света в LEDs — важный аспект ВЕДОМОГО производства, обуславливает большое количество научных исследований.

Эффективность и эксплуатационный характер

Типичный индикатор LEDs разработан для режима эксплуатации не более, чем при напряжении 30-60 мвт электроэнергии. Приблизительно в 1999, Philips Lumileds вводил работу LEDs, способный к непрерывному использованию с одним ваттом. Используемый намного больший полупроводник этих LED-зуммируемых размеров, чтобы можно было обращаться с большей подводимой мощностью. Кроме того, элементы полупроводника были установлены на металлических слизняках, чтобы было удаление высокой температуры от ВЕДОМОГО.

Должно быть отмечено, что мощный ((≥ 1 W) LEDs необходимы для практических общих заявлений освещения. Типичные операционные потоки для этих устройств начинаются в 350 mA.

Отметьте, что эти полезные действия для ВЕДОМОГО чипа проведены только в низкой температуре в лаборатории. В применяемом освещении, работающем с более высокой температурой и с потерями кругооборота процесса, [19] .

Цвет и материалы

Обычные светодиодные (LED) светильники делают из разнообразных неорганических полупроводников; доступный спектр:

Использование

ВЕДОМОЕ освещение в каюте самолета Аэробуса Расширенный A320

Системы LEDs характеризуются четырьмя главными категориями:

Зрительное (визуальное) восприятие сигнала, который в виде света идет более или менее непосредственно в человеческий глаз, и передаётся в мозг.
Освещение, когда ВЕДОМЫЙ свет отражен от объекта, даёт визуальный ответ этих объектов.
Излучение света с характеристиками, независимыми с процессами, которые вовлекают человеческую визуальную систему. [21]
Сужение полосы датчиков света, где ВЕДОМЫМ управляют способом обратного уклона и отзывчивого к свету инцидента вместо того, чтобы испустить свет.

Индикаторы и характеристики

Большой ВЕДОМЫЙ показ позади диск-жокея

ВЕДОМЫЙ цифровой показ, который может показать 4 цифры наряду с пунктами

Информационный признак вне гаража в Швеции. Дьявольский эффект происходит из-за быстрого мультиплексирования каждого ВЕДОМОГО ряда.

LEDИспользование светофора ВЕЛО

Автомобили Полиции Западной Австралии ВЕЛО

Пониженный потолок с ВЕДОМЫМИ лампами

ВЕДОМЫЙ групповой источник света, используемый в эксперименте на росте завода. Полученные данные таких экспериментов могут использоваться, чтобы вырастить пищу в месте на длинных миссиях продолжительности.

Одиночному цветному свету хорошо удовлетворяют работа светофоров и сигналов признаков поведения транспорта в чрезвычайной ситуации, как освещение транспортного средства, фонари судов и ВЕДОМЫЕ лучи света Рождественских огней. В холодных климатах, ВЕДОМЫЙ светофор может остаться покрытым снегом. [22] Красные или желтые LEDs используются в индикаторе и алфавитно-цифровых показах в окружающих средах, где вечернее видение должно быть сохранено: кабины самолета, субмарина и мосты судна, обсерватории астрономии, и в области, например вечернее наблюдение времени животных и военное полевое использование.

Из-за их длинной жизни и быстрого переключения, LEDs использовались для автомобильных сильных тормозных средств с выдачей сигналов как у: у грузовика и автобусах — тормозных сигналов, сигналов поворота в течение некоторого времени, но много транспортных средств теперь используют LEDs для систем освещения задними фонарями. Использование LEDs также имеет преимущества моделирования, потому что LEDs способны к формированию намного более тонких огней, чем накальные лампы с параболическими отражателями. Поддаются существенному усовершенствованию сокращения времи срабатывания, потраченное на освещение, что (возможно быстрее на 0.5 секунды, чем накальная колба) улучшает безопасность, давая водителям больше времени, чтобы реагировать. Сообщалось, что на нормальном шоссе ускорение света равняется увеличенному времени реакции длины одного автомобиля, следующему позади. Белые ВЕДОМЫЕ фары начинают применять в двойном кругообороте интенсивности (то есть тыловые маркеры и тормоза), и если LEDs не пульсируются в достаточно быстрой частоте, они могут создать множество аварий, где призрачные изображения ВЕДОМОГО появятся, просматривают ли глаза быстро поперек множества.

Из-за относительной дешевизны низкой продукции LEDs, они также используются во многих временных заявлениях, типа glowsticks, throwies, светящаяся ткань Lumalive. Художники также использовали LEDs для ВЕДОМОГО искусства.

Освещение

С развитием высокой эффективности и высокой власти LEDs стало возможно включить LEDs в производство ламп освещения. Лампочки замены были сделаны аналогично креплениям накальных ламп. LEDs используются как уличные огни и в другом архитектурном освещении, где требуется цветное меняющееся освещение. Механическая надежность и длинная целая жизнь используются в автомобильном освещении на автомобилях, мотоциклах и на огнях велосипеда.

LEDs используются для того, чтобы осветить улицы и гаражи. В 2007, итальянский деревенский Torraca был первым местом, которое преобразует его всю систему освещения к LEDs. [23]

LEDs используются в освещении авиации. Аэробус использует ВЕДОМОЕ освещение в Аэробусе A320, Расширенный с 2007, и Боинг планирует его использование в модели 787. LEDs также используются теперь в освещении вертолетной станции и аэропортов. ВЕДОМЫЕ крепления аэропорта в настоящее время включают средние огни взлетно-посадочной полосы интенсивности, огни средней линии взлетно-посадочной полосы и освещение преграды.

LEDs являются также подходящими для того, чтобы быть подсветкой для телевидения в ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МОНИТОРАХ и легких показов портативных компьютеров. RGB LEDs увеличивают цветную гамму на целых 45 %. Экраны для телевидения и компьютерных показов могут быть сделаны все более и более тонкими при использовании LEDs для подсвечивания. [24]

LEDs используются все более и более обычно для освещения аквариума. Специфический для аквариумов рифа, ВЕДОМЫЕ огни имеют у эффективных источников света уменьшенную высокую температуру, чтобы помочь поддерживать оптимальные температуры аквариума. ВЕДОМЫЕ источники LEDs на основе крепления в аквариумах также имеют преимущество. При ручной установке можно создать условия для произвества определенного цветного спектра, идеальнойго для передачи окраски кораллов, рыбы, и беспозвоночных, оптимизируя photosynethically активную радиацию(ПАРИТЕТ), которая увеличивает рост и устойчивость фотосинтетической жизни, типа кораллов, анемонов, моллюсков, и макроморских водорослей. Эти монтажи могут быть произведены с помощью электроники и запрограммированы, чтобы моделировать различные условия освещения в течение дня, отражая фазы солнца и луны для динамического использования рифа. ВЕДОМЫЕ крепления типично стоят до пяти раз больше, нежели подобные оцененные флуоресцентные или осветители разгрузки высокой интенсивности, разработанные для аквариумов рифа, а не как высокая продукция до настоящего времени.

Нехватка излучения IR/heat делает идеальным LEDs для банков при использования огней стадии RGB LEDs, которые можгут легко изменить цвет и уменьшить температуру нагревания традиционного освещения, так же и в медицинском освещении, где внезапный яркий свет может быть вредным.

Так как LEDs являются маленькими, длительными и требуют небольшого количества власти, они используются в руке, как устройства типа прожекторов. ВЕДОМЫЕ огни стробоскопа или фотовспышки вспышки фотокамеры работают в безопасном, низком напряжении, в противоположность 250 + вт, обычно найденные в ксеноне, flashlamp-базирующемся, освещая. Это особенно применимо к камерам на мобильных телефонах, где место - в большом почете, и большая увеличивающая напряжение схема нежелательна. LEDs используются для инфракрасного освещения в вечерних заявлениях видения, включая камеры безопасности. Кольцо LEDs вокруг видео камеры, нацеленной вперед в retroreflective фон, позволяет насыщенность цвета keying в видео производстве.

LEDs используются для декоративного освещения также. Использования включают, и не ограничены внутренней/наружной обстановкой лимузинами, грузовыми трейлерами, конверсионными фургонами, судами круиза, RVs, лодками, автомобилями, и сервисными грузовиками. Декоративное ВЕДОМОЕ освещение может также войти в форму освещенного обозначения компании, быть освещением проходов в театры и аудитории.

Экологичность

LEDs также нетоксичны в отличие от более популярной энергии с эффективным выбором луковицы, у которых компактный флуоресцентный элемент содержит следы вредной ртути. Хотя и в этом случае количество ртути является маленьким, которое вводится меньше в окружающую среду.

Датчики с узкой полосой света

Рис.1,Светодиод, излучающий свет

Открытие и применение LEDs — датчиков узкой полосы света велись Форрестом Мимсом. Mims был первым человеком, который понял, что LEDs не только способен испустить свет, но также и воспринимать (поглощать)свет. [25] Это двойное действие (эмиссия/обнаружение) LEDs или “Эффект Mims” было неизвестно перед его открытием [цитата, необходимая]. Например, в настоящее время открытие широко используется в создании фотодатчиков, фотосенсоров и т.п. (см.рис.1,2,3,4).

В то время как старший средней школы в 1962, я сначала получил идею, которую легкие датчики должны быть в состоянии удвоить как легкие датчики. Таким образом я соединил автомобильную катушку зажигания с фоторезистором сульфида кадмия, включил власть, и наблюдал яркие вспышки зеленого света, испускаемого полупроводником. Зеленые вспышки отчетливо отличались от желтых вспышек электрической дуги. Изучая правительство (мой майор) в колледже, я нашел, что определенные кремниевые фотодиоды могут испустить почти инфракрасную радиацию, которая может быть обнаружена подобными фотодиодами. Я сумел послать смодулированные тоны между такими фотодиодами. В 1971 я демонстрировал способность многих LEDs обнаружить свет, экспериментируя с оптической системой коммуникации волокна. Помещая единственное, ВЕДОМОЕ в каждом конце волокна, было возможно послать сигналам оба пути через волокно с только единственным, двойным устройством полупроводника цели в каждом конце волокна.

См. также

Ссылки

• На основе горения: Химический источник света

• Электрические: Лампа накаливания | Светодиод | Ксеноновая лампа | Лампа чёрного света

За время своего существования человечество использовало для своих нужд не так много источников света. Это светильники, заправляемые маслом, факелы, свечи, газовые фонари и лампы, работающие от электрического тока. Наиболее эффективными являются электрические источники света, история которых начались с ламп накаливания почти двести лет тому назад.

Сегодня, наибольшей популярностью пользуются светодиодные лампы, основой которых являются полупроводниковый прибор – светодиод. Достоинства светодиодных светильников

главное преимущество светодиодных ламп, это срок службы, который достигает 50 000 часов. Это гораздо больше, чем у всех других типов осветительных приборов – ламп накаливания, галогенных, энергосберегающих, ламп дневного света;
потребление электроэнергии у таких ламп в разы меньше, чем у их предшественников. Например, светодиодная лампа одинаковой мощности с лампой накаливания, использует электроэнергии в 7-8 раз меньше. Это связано с тем, что светоотдача светодиодных ламп гораздо выше. Если рассмотреть лампы накаливания, то принцип их работы основан на разогреве нити, находящейся в стеклянной колбе. Нить из тугоплавкого металла разогревается под действием электротока и начинает излучать свет. В этом случае, помимо трат энергии на световое излучение, идут траты на тепло для разогрева нити, причем это занимает львиную долю от потребляемой энергии. Светодиодная лампа на разогрев ничего не тратит, всю получаемую энергию она преобразует в световое излучение;
светодиодная лампа способна выдавать свет различной цветовой температуры. Можно подобрать себе источники света под любую обстановку и любой дизайн;
светодиодные лампы абсолютно безвредны для человека. Их производство и утилизация не приносит вреда окружающей природе, в отличие от газоразрядных ламп, в составе которых находятся пары ртути, крайне вредные для человеческого организма;
для работы светодиодные лампы используют низковольтное напряжение. Этот фактор снижает риск возникновения пожара. Сами лампы при работе не нагреваются – ими невозможно обжечься, как лампами накаливания. Это делает удобным их эксплуатацию и позволяет осуществить быструю замену при необходимости;
разбить светодиодную лампу практически очень трудно, в отличие от других типов источников света.

Светодиодный светильник – это гениальное изобретение, которое позволяет получить длительно работающий и очень экономный источник света. Светодиодные светильники настолько быстро захватывают рынок, что уже сейчас приобрести ламы, работающие на других принципах, приобрести становиться достаточно сложно.

Читайте также: