Где используют светодиоды: Интернет-магазин товаров Arlight: светодиодные ленты, блоки питания, светодиодные светильники

Содержание

Применение светодиодов сегодня. Область применения светодиодов.


LED – яркие и экономичные светодиоды. Что это такое, где применяются светодиоды? Это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.
В настоящее время светодиоды считаются передовой технологией. Именно их изобретение и дальнейшее использование позволило воплотить в жизнь множество дизайнерских идей — применение светодиодов в закрытых помещениях, насыщенность и устойчивость цвета, и многое другое. Очень долго светодиоды применялись только лишь как маломощные красные или зеленые индикаторы в разных электрических устройствах. В настоящий момент они составляют серьезную конкуренцию лампам накаливания и люминесцентным лампам. И действительно, LED дает отдачу в десятки раз больше чем лампы накаливания. Кроме того, это крайне экономичный прибор. При соблюдении оптимальной температуры он может работать непрерывно в течение долгого времени. Это объясняется тем, что излучение светодиода имеет нетепловую природу. Светодиод является надежным и прочным в эксплуатации. Ведь он не требует стеклянной колбы. Вместе с тем, он располагает богатой цветовой гаммой и отсутствием инертности.
При использовании светодиода у вас есть возможность регулировать яркость и цвет, ранее такое было практически невозможно. Яркость и мощность светодиода зависит от области его применения. И, пожалуй, самое главное преимущества светодиода — это отсутствие инфракрасного и ультрафиолетового излучения и отсутствие ртути в составе. Именно эти факторы могут гарантировать безопасность для здоровья человека и экологическую безопасность.
Сфера использования LED очень широка. Они могут полностью обеспечить световую рекламу, светофоры, взамен привычных неоновых ламп. Например, освещение стен и скользящая подсветка могут стать отличными решениями вашей рекламной кампании.
Светодиоды можно применять в дизайне интерьеров, декоративной подсветке зданий. Отличным применением LED будет и освещение автомобилей, их разнообразная подсветка как внешняя, так и внутренняя. Достаточно необыкновенное решение — подсветка телефонов, фотоаппаратов и камер. Самое интересное, что подобная технология идеально подходит для полноцветного освещения с самой высокой яркостью. Теперь можно наслаждаться всевозможными цветами и красками сидя дома перед экраном телевизора. Итак, LED все больше и больше проникает во все сферы нашей жизни, упрощает и делает ее намного ярче.

Где Используют Светодиоды, Новые LED Технологии

Светодиод, стирающий границы

Современные LED технологии развивается в трех направлениях: 1) меньше и ярче, 2) универсальнее, 3) еще больше WOW-эффекта. Пора забыть, что LED – это лампочки, ведь границы их возможностей все больше стираются! И вот тому доказательства.

Чем меньше, тем ярче

Новому светодиоду Wicop чужды рефлектор и линза. Это первый светодиод, который не имеет корпуса вокруг чипа, что делает его одним из самых компактных светодиодов в мире.

Технология позволяет производителям освещения использовать более мощные светодиоды при более высоких температурах без риска поломки. Люминофорная пленка чипа крепится при этом непосредственно к поверхности микросхемы, чем достигается более точный контроль цвета.

Wicop специально разработан для монтирования на небольшие участки в изделиях, надежность которых принципиально важна и считается ключом к успеху (медицина, робототехника, электронная промышленность). Представьте, какие перспективы он открывает перед рынком осветительной техники! Уже сейчас компактные размеры LED позволяют украшать интерьеры современными люстрами, о конструкции которых десять лет тому назад можно было мечтать (например, модель BL-933S/14W NW G ТМ Brille). Но Wicop превзойдет любые ожидания дизайнеров!

LED, ты ли это?

Последнее слово техники и гордость новаторов – гибкий светодиод. Двигателем прогресса стал растущий спрос на гаджеты. Отцы-создатели – исследователи из Техасского университета – сделали все возможное, чтоб найти способ сгибать, скручивать, резать и крепить светодиодную матрицу к различным поверхностям. И у них все получилось!

В лабораториях Южной Кореи были проведены необходимые испытания: новые светодиоды крепили к пластичным поверхностям и к другим материалам, которые впоследствии скручивали, сгибали и мяли с любой силой и во всех возможных направлениях. Любой изгиб и даже порезка материала не влияли на качества. Полезно то, что такой микро-светодиод можно снимать, не повреждая нижележащую подложку, чтоб использовать повторно.

Как скоро можно будет найти продукцию с Micro LED в магазинах осветительной техники сказать сложно. Что не подлежит сомнению, так это постоянный спрос на модели светильников, одинаково совместимые с классическими и современными источниками света:

Свет, стиль и музыка, музыка, музыка

Дизайнер Ричард Кларксон представил свою версию светильника ТМ Brille и создал модель, с которой можно любоваться красочным небом, не выходя на улицу или балкон. Настоящая находка для жителей больших городов, уставших от вида стен и рекламных щитов из окна!

Как и модель W-605/24W (на фото выше), детище дизайнера – отчасти осветительный прибор, отчасти скульптурный образ. Светильник Interactive Cloud изготовлен из гипоаллергенного полиэфирного волокна. Он выглядит как облако, которое может осветить любую комнату. Но самая крутая его особенность – это синхронизация с ритмами музыки.

После подключения к смартфону интерактивное облако может мигать оттенками красного, зеленого, синего и фиолетового. У LED облака также есть режим, при котором создается световой эффект, что повторяет разряды молнии в грозовых тучах!

О заводе Ledeo производитель светодиодной продукции

Светодиодное  освещение  LEDEO  сегодня — это инвестиции в бизнес, мощный драйвер развития, дающий результат, который можно оценить сразу с момента использования. Качество света, улучшает условия и производительность труда, снижение потребляемой мощности, дает возможность подключения нового оборудования, гарантия качества и сервисное обслуживание, создает уверенность в правильном выборе и надежную опору в решении задач модернизации системы освещения.

 

Решение Ваших задач под ключ, наш приоритет. Уличное освещение внутренних производственных и дворовых территорий, магистральное освещение дорог категорий А, В. Индустриальное освещение производственных цехов, ангаров, складов. Освещение мест культурного досуга, стадионы, тренажерные залы. Общественно бытовые помещения, офисы, библиотеки, архивы, торговые центры, предприятия общепита.

 

Автоматизация и управление светом – шаг к новым возможностям. Используйте освещение, когда Вам это нужно, настраиваемое управление по часам работы. Освещайте только нужные зоны, включайте нужные группы где работают сотрудники. Управляйте световым потоком светильников, в зависимости от естественного света, снижая потребляемую мощность. Автоматизируйте и контролируйте — управление происходит по установленному алгоритму на основе данных от датчиков освещенности присутствия и графика работы и перерывов.

 

Быть на шаг впереди – с лидерами рынка. Использование самых современных технологий производителя светодиодов SAMSUNG, позволяют достичь высоких показателей по эффективности 174 лм/Вт со светильника и выше. Блоки питания мирового лидера индустрии Mean Well, широкий диапазон напряжения 90-305 АС, 127-431 DC и гарантия до 7 лет.

 

Индивидуальные решения. Разработка нестандартного решения по способу монтажа светильников, температуре эксплуатации, питающего низкого напряжения (низковольтные светильники), использование в агрессивных средах, применение боросиликатного стекла в светодиодных светильниках.

ВНУТРЕННЕЕ ОСВЕЩЕНИЕ

ОФИСНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ

УЛИЧНОЕ, МАГИСТРАЛЬНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

ОБЩЕСТВЕННО-БЫТОВОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

ИНДУСТРИАЛЬНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Подробное устройство и принцип работы светодиода

С момента открытия красного светодиода (1962 г.) развитие твердотельных источников света не останавливалось ни на миг. Каждое десятилетие отмечалось научными достижениями и открывало для ученых новые горизонты. В 1993 году, когда японским ученым удалось получить синий свет, а затем и белый, развитие светодиодов перешло на новый уровень. Перед физиками всего мира стала новая задача, суть которой заключалась в использовании светодиодного освещения в качестве основного.

В наше время можно сделать первые выводы, свидетельствующие об успехах становления светодиодного освещения и продолжающейся модернизации светодиода. На прилавках магазинов появились светильники со светодиодами, изготовленными по технологии COB, COG, SMD, filament.

Как устроен каждый из перечисленных видов, и какие физические процессы вынуждают полупроводниковый кристалл светиться?

Что такое светодиод?

Перед разбором устройства и принципа работы, кратко рассмотрим, что светодиод из себя представляет.

Светодиод – это полупроводниковый компонент с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании электрического тока в прямом направлении.

В отличие от нити накала и люминесцентных источников света, испускаемый свет светодиодом лежит в небольшом диапазоне спектра. То есть кристалл светоизлучающего диода испускает конкретный цвет (в случае со светодиодами видимого спектра). Для получения определенного спектра излучения в светодиодах используют специальный химический состав полупроводников и люминофора.

Устройство, конструкция и технологические отличия

Существует много признаков, по которым можно классифицировать светодиоды на группы. Одним из них является технологическое отличие и небольшое различие в устройстве, которое вызвано особенностью электрических параметров и будущей сферой применения светодиода.

DIP

Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт.

Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом. Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания.

Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.

В попытках нарастить световой поток, появился аналог с усовершенствованным устройством в DIP корпусе с четырьмя выводами, известный как «пиранья». Однако увеличенная светоотдача нивелировалась размерами светодиода и сильным нагревом кристалла, что ограничило область применения «пираньи». А с появлением SMD технологии их производство практически прекратилось.

SMD

Полупроводниковые приборы с креплением на поверхность печатной платы коренным образом отличаются от предшественников. Их появление расширило возможности конструирования систем освещения, позволило снизить габариты светильника и полностью автоматизировать монтаж. Сегодня SMD-светодиод – это самый востребованный компонент, используемый для построения источников света любых форматов.

Основа корпуса, на которую крепится кристалл, является хорошим проводником тепла, что в разы улучшило отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве белых светодиодов между полупроводником и линзой присутствует слой люминофора для задания нужной цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолета. В SMD-компонентах с широким углом излучения линза отсутствует, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.

COB

Chip-On-Board – одно из новейших практических достижений, которое в ближайшем будущем займет лидерство по производству белых светодиодов в искусственном освещении. Отличительная черта устройства светодиодов по технологии COB заключается в следующем: на алюминиевую основу (подложку) через диэлектрический клей крепят десятки кристаллов без корпуса и подложки, а затем полученную матрицу покрывают общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающий появление теней.

Разновидностью COB является Chip-On-Glass (COG), которая подразумевает размещение множества мелких кристаллов на поверхности из стекла. В частности, широко известны филаментные лампы на 220 В, в которых излучающим элементом служит стеклянный стержень со светодиодами, покрытыми люминофором.

Принцип работы светодиода

Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности.

В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к p-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне p-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона.

Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.

Какой свет лучше – теплый или холодный

Предыстория светильников

До изобретения электричества в XIX веке человеку был знаком только теплый искусственный свет. Основными источниками света были свечи и керосиновые лампы, излучавшие свет теплых оттенков (оранжевых, желтых) и способные только незначительно освещать жилые помещения.

Когда появились первые лампы накаливания, свет всё ещё оставался теплым — это связано с их низкой осветительной способностью этих ламп, малой мощностью и цветовой температурой до 1000 кельвинов (К). Теплый свет еще долго применялся для освещения жилых и рабочих помещений, вплоть до XX века, когда была изобретена люминесцентная лампа.

Люминесцентные лампы давали более холодный белый свет за счет высокой мощности. Такой свет стали повсеместно применять в библиотеках, больницах и промышленных цехах. Дело в том, что белый свет, приближенный к дневному, не дает расслабляться, способствует концентрации внимания и повышает работоспособность. Поэтому человеку для работы стали необходимы нейтральные и холодные источники света. К тому же ресурс люминесцентных ламп в 4-10 раз превышал энергоресурс ламп накаливания.

Измерение цветовой температуры

Оттенки освещения (теплые, холодные) называются цветовой температурой. Цветовая температура измеряется в кельвинах и обозначается буквой «К». Чем ниже температура цвета, тем более теплый оттенок света мы видим. Если цветовая температура высокая — свет холодный. Как правило, производители светильников на своих изделиях указывают цветовую температуру в кельвинах.

Тип светаЦветовая температураОттенкиВ природе
Теплый2000—4000 КЖелтый, оранжевый, красныйСвет солнца на
 восходе и на закате
Нейтральный4000—5000 КБелыйСвет солнца днем
Холодный5000—7000 КГолубой, синийРассеянный свет
солнца в пасмурные,
облачные дни 

Разные лампы могут давать разную цветовую температуру.

Практически все современные электрические лампы накаливания попадают в «теплый» диапазон. Их цветовая температура колеблется от 2100 до 3000 К. При этом работает правило, что чем выше мощность лампы, тем прохладнее оттенок света.

Галогенные лампы светят в диапазоне от 2500 до 3800 К. Свет может быть и теплым, и нейтральным — в зависимости от мощности лампы и рабочего режима, который определяется производителями. На свет галогенных ламп также влияет температура спирали и состав газа в колбе.

Люминесцентные лампы имеют больший температурный диапазон, чем предыдущие. Так, они могут быть настроены на разные температуры от 2700 до 6000 К. В настоящее время производятся преимущественно люминесцентные лампы нейтрального и холодного спектра. Такие лампы до сих пор используются в рабочих помещениях: кабинетах, офисах, школьных классах, библиотеках, медицинских учреждениях.

Что касается светодиодных светильников — они могут выдавать любой оттеночный спектр. Светодиодное освещение может быть даже инфракрасным или ультрафиолетовым. Производители используют разные материалы для изготовления полупроводниковых кристаллов, входящих в состав светодиодов. Это дает возможность сконструировать лампы с теплым, холодным или нейтральным светом. Преимущество светодиодов заключается не только в высокой мощности и эффективности, но и в том, что цветовую температуру можно регулировать. Такие светильники гораздо лучше подходят для организации освещения в рабочих, коммерческих и жилых помещениях.

Влияние цветовой температуры на человека

В настоящее время для освещения широко используется и теплый, и холодный, и нейтральный свет. Оказывает ли цветовая температура света влияние на человека? Как человеком воспринимаются разные типы света?

Ошибочно полагают, что очень теплый или слишком холодный свет влияет на зрение человека. На самом деле цветовая температура не влияет на здоровье глаз. Пагубное влияние на человека может оказывать тусклый или мерцающий свет. Чтение или работа с мелкими предметами при тусклом освещении заставляет напрягаться мышцы глаза, что ведет к возможному развитию астигматизма или близорукости. Мерцающий свет оказывает негативное воздействие на центральную нервную систему. Чрезмерное напряжение ЦНС при мерцающем освещении приводит к повышенной утомляемости, развитию головных болей и даже тошноте. Если источник света в помещении тусклый или мерцающий — человеку сложнее концентрироваться. Поэтому для работы важен ровный и достаточно мощный световой поток.

Разные типа света вызывают разные ассоциации в нашем подсознании. Так, например, когда мы находимся в помещении с теплым освещением, мы чувствуем комфорт и покой. Теплый свет создает атмосферу уюта и мягкости окружающей среды. В таких комнатах человеку проще расслабиться.

Холодный свет возбуждает нервную систему и способствует концентрации внимания, повышает работоспособность и побуждает к активной деятельности. При этом холодный свет утомляет нас быстрее, чем теплый, потому что сложно оставаться сконцентрированным и активным слишком долго.

Полезно знать, что с возрастом хрусталик глаза человека желтеет, поэтому пожилые люди видят всё в немного более теплых тонах. Спасает ситуацию холодный свет: он помогает нейтрализовать желтизну, а теплые оттенки окружающей среды при холодном освещении менее заметны.

Влияние нейтрального света на зрение и нервную систему человека сложно однозначно оценить как положительное или отрицательное. Дневное освещение и белый оттенок света являются естественными для восприятия, потому что именно к такому свету человек приспосабливался тысячи лет. Такой тип освещения подходит и для работы, и для отдыха.

Использование теплого света

Теплый свет используется в интерьере жилых помещений, например, спален и гостиных комнат. Такой тип освещения позволяет визуально подчеркнуть теплые оттенки цветового спектра: кремовые, бежевые, желтые, персиковые, оранжевые, красные и коричневые. Кроме того, теплый свет идеально сочетается с природными материалами в интерьере, например, с деревом, хлопком, льном, кирпичом и соломой. Хорошо использовать теплый свет и в детских комнатах: он выделяет яркие цвета игрушек.

Стили интерьера, которым подходит теплый свет:

  • винтаж;
  • прованс;
  • ретро;
  • этнический стиль.

Теплый свет подходит и для общественных пространств, но не для всех. Лучше всего использовать такое освещение в барах и ресторанах, в кафе. Теплые оттенки побуждают посетителей спокойно и расслабленно проводить время в общественном месте, повышают доверие к окружающей среде. Уличные источники света могут быть теплыми в скверах и парках, на аллеях или бульварах. В таких условиях люди будут гулять неспеша и с большим удовольствием рассматривать природу.

Использование холодного света

Холодный свет рекомендуется использовать в рабочих зонах. Больше всего такое освещение подходит для офисов, аудиторий, медицинских и учебных учреждений. В этих помещениях важно не искажать восприятие цветов и отдельных элементов, поэтому гораздо лучше использовать лампы с цветовой температурой 5000 — 6000 К.

В уличном пространстве использование холодного света актуально для освещения дорог и магистралей, — там, где человеку необходима высокая концентрация внимания.

В квартире нейтральный белый или холодный свет может использоваться в конструкции туалетных столиков и зон для макияжа, в рабочих кабинетах.

В интерьере холодное освещение визуально подчеркнет прохладные оттенки: светлый и темный серый, голубой, синий, некоторые оттенки зеленого. Лампы холодного освещения подойдут для дизайнерских решений с преобладанием геометрических фигур и углов. Гармонично будут смотреться и металлические поверхности — например, хром, сталь, серебро.

Стили интерьера, которым подходит холодный свет:

  • модерн;
  • скандинавский стиль;
  • минимализм;
  • футуризм.

Для ванной комнаты выгоднее использовать смешанное освещение. Основной источник света должен быть теплым, чтобы создать атмосферу уюта и чтобы ванная воспринималась как теплая комната, а белый или холодный свет подойдет для локального освещения зоны зеркал.

Таким образом, в интерьере квартир могут одинаково эффективно использоваться и холодные, и теплые источники света. При выборе лампы стоит ориентироваться на ее тип. Важно помнить, что лампы накаливания дают преимущественно теплый свет, но часто имеют сравнительно низкую мощность. Если большое помещение необходимо осветить теплым светом — лучше выбрать несколько менее мощных ламп накаливания.

Энергосберегающие лампы не всегда только белые или холодные — сегодня производители делают их освещение и теплым. Цветовая температура зачастую указывается на упаковке ламп как отдельная характеристика.

Современное светодиодное освещение подходит для любых помещений: рабочих, жилых, коммерческих, а также для уличных пространств. Эти лампы прослужат в 50 раз дольше классических ламп накаливания, обеспечат низкое энергопотребление, а новые модели дадут возможность регулировать температуру света. Светодиоды помогут сэкономить средства и не подведут при длительном использовании. Они не мерцают, не искажают передачу цветов и не бывают тусклыми. Не нужно беспокоиться о проводке, потому что светодиодное освещение исключает нагрузку на токопроводящие элементы. Выбор светодиодного освещения — самое выгодное решение для обустройства интерьера и экстерьера.

Светодиоды. Общие сведения, виды, применение.. Информация — Диод КМВ

Светодиод – это полупроводниковый элемент, преобразующий электрический ток в световое излучение. Принцип работы светодиода основан на люминесценции. Светодиод имеет два вывода – плюс и минус. Плюс подается на анод, минус – на катод. Поэтому при подключении светодиодов необходимо соблюдать полярность.


Условное обозначение светодиодов на схеме

 

Общепринятое обозначение светодиода LED  (англ. Light-emitting diode), что означает светоизлучающий диод или светодиод – СИД (СД).

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла, закрепленного на подложке из меди и алюминия, корпуса с контактными выводами и оптической системы.

Цвет свечения определяется длиной световой волны, испускаемой кристаллом светодиода, и зависит от химического состава полупроводника. В настоящее время производятся светодиоды видимого, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

Существует несколько типов светодиодов:

  • DIP – светодиоды – первые массовые светодиоды. Кристалл установлен в корпус с линзой. Имеют два контакта. В основном используются в световых табло.


Конструкция диодов DIP LED

 

  • Светодиоды «пиранья» или Superflux LED имеют аналогичную конструкцию, но не два, а четыре вывода.


Конструкция диодов Superflux LED

 

  • SMD – светодиоды (англ. surface mounted device) изготавливаются по технологии поверхностного монтажа (ТМП). Чип монтируется на поверхность платы через керамическую подложку, что обеспечивает малые габариты и хороший теплоотвод. SMD – светодиоды являются самыми распространенными.


Конструкция диодов SMD LED

 

  • COB – технология (англ. Chip-On-Board) – чип кристалла или нескольких кристаллов монтируются на плату без керамической подложки и поклываются слоем люминофора, что обеспечивает высокую надежность, компактность и теплоотвод.


Конструкция диодов COB LED

 

Нанесение поверх кристалла люминофора позволяет получить любое свечение светодиода.


Способы нанесения люминофора. При традиционном способе люминофор наносится прямо на кристалл светодиода.

 

Люминофор – это вещество, обладающее люминисценцией – способностью преобразовывать поглащаемую энергию в световое излучение. Термин «люминофор» происходит от латинского lumen – свет и греческого phoros — несущий. В светодиодном производстве распространены следующие люминофоры: иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), легированный трехвалентным церием, и силикаты щелочно-земельных металлов, легированные европием. Например, синий светодиод, покрытый желтым люминофором будет светиться белым.

Основные достоинства светодиодов:

  • высокие светотехнические характеристики;
  • низкое потребление электроэнергии;
  • большой срок службы;
  • компактность и легкость монтажа;
  • широкий температурный диапазон применения;
  • механическая прочность;
  • экологичность;
  • доступность и цена.

Благодаря своим достоинствам, светодиоды широко применяются в различных областях: в наружной и интерьерной рекламе (короба, буквы, светодиодные табло, «Бегущие строки», видеоэкраны, уникальные световые эффекты и дизайнерские решения), в архитектурной подсветке, в бытовом, офисном и промышленном освещении, ландшафтном освещении, подсветке витрин, интерьерной подсветке, праздничной иллюминации, при производстве LED — экранов мониторов и телевизоров, в приборостроении в качестве индикаторов, в дорожных знаках, декоративной подсветке, в световых и новогодних украшениях.

Как работает светодиод, устройство светодиода


Как работает светодиод
Устройство светодиодов
Как с помощью светодиодов получают разные цвета
Создание белого света с помощью светодиодов
Краткая история создания светодиодов  

Как работает светодиод

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый р-п-переход (электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа — положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале p-типа приобретают дырки — места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах р- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к р-n-переходу, электроны инжектируются в материал p-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал p-типа. Это называется прямым смещением.

Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал p-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.

Пучок видимого света, испускаемого светодиодом, является холодным, но так как в светодиодах имеются потери, то на р-n-переходе

генерируется тепло, иногда достаточно большое. Ограничение температуры р-п-перехода с помощью правильно сконструированного теплоотвода и других методов контроля температуры является критичным для обеспечения нормальной работы светодиода, оптимизации его светового потока и повышения срока службы.

Устройство светодиодов

Существует два основных типа светодиодов: индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды, например, 5-миллиметровые, обычно являются недорогими, маломощными источниками света, пригодными для использования только в качестве световых индикаторов в индикаторных панелях и электронных приборах, для подсветки дисплеев компьютеров или приборных панелей автомобиля. Осветительные светодиоды, представленные светодиодами поверхностного монтажа (SMD), высокой яркости (НВ) и высокой мощности (HP) — это надежные мощные устройства, способные обеспечить нужный уровень освещенности и обладающие световым потоком, равным или превосходящим световой поток традиционных источников света, например, КАЛ.

Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус. (В некоторых светодиодах, например, в светодиодах TFFC, разработанных компанией Philips Lumileds, соединительные проводники не требуются.)

Так как индикаторные светодиоды являются маломощными, все генерируемое в них тепло рассеивается внутри самих светодиодов. Осветительные светодиоды, напротив, снабжаются корпусом для прямого припаивания к поверхности, что обеспечивает отвод тепла, генерируемого светодиодом. Хороший теплоотвод жизненно важен для обеспечения температурного режима и нормальной работы светодиода.

Как с помощью светодиодов получают разные цвета

Модель аддитивного смешения цветов применяется для света, непосредственно излучаемого световыми источниками. При смешении красного, зеленого и синего цветов получается белый цвет.

Светодиоды, изготовленные из разных полупроводниковых материалов, излучают свет разных цветов. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам видимого света.

В первых светодиодах использовались такие материалы, как фосфид галлия (GaP), тройное соединение AIGaAs и тройное соединение GaAsP. Они создавали излучение от красного до желто-зеленого цвета. В настоящее время GaP, AIGaAs и GaAsP используются только для изготовления индикаторных светодиодов, так как большие токи, необходимые для получения излучения, и большое тепло, выделяющееся при работе светодиодов, изготовленных из этих материалов, значительно сокращают срок их службы.

Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами. При смешении в равных пропорциях красного, зеленого и синего цветов получается черный цвет.

Для производства осветительных светодиодов используются новые материалы, способные выдерживать необходимые уровни тока, высокий нагрев и высокую влажность. В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники алюминий -индий — галлий (AlInGaP), в синих, зеленых и голубых — индий — нитрид галлия (InGaN).

Светодиоды, изготовленные из AlInGaP и InGaN, в совокупности перекрывают почти всю область спектра видимого излучения с промежутком в области зеленожелтого и желтого цветов. Корпоративные цвета с применением желтого (например, Shell или McDonald’s) трудно получить с помощью одноцветных светодиодов.

Одним из способов получения «сложных» цветов является совместное использование в одном осветительном приборе светодиодов разных типов.

Основные материалы для производства монохромных светодиодов. AllnGaP и InGaN покрывают почти весь спектр видимого излучения для светодиодов высокой интенсивности, кроме желто-зеленой и желтой областей спектра с длиной волны 550-585 нанометров (нм). Цвета, соответствующие этому диапазону длин волн, могут быть получены с помощью совместного использования зеленых и красных светодиодов.

Миллионы цветовых оттенков

Производители светодиодов обычно предлагают светодиоды различных цветов — синий, голубой, зеленый, янтарный, красно-оранжевый, красный и т. д. Самостоятельно светодиод может излучать свет только одного цвета, который определяется используемым в нем полупроводниковым материалом. Настоящее волшебство начинается тогда, когда в одном приборе объединяются светодиоды разного цвета.

Именно объединение светодиодов разного цвета в одном световом приборе, таком как светильник или многокристальный светодиод, и управление интенсивностью излучения светодиодов разного цвета и обеспечивает получение миллионов оттенков. Подобно телевизионному экрану или компьютерному монитору, полноцветный светодиодный прибор реализует цветовую модель RGB (R — красный, G — зеленый, В — синий). Цветовая модель RGB — это модель аддитивного смешения цветов, которая применяется для света, непосредственно излучаемого его источниками. (Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами.)

На диаграмме слева показано цветовое пространство МКО 1931, разработанное в 1931 г. Международной комиссией по освещению (МКО) для определения всего диапазона, или гаммы цветов, видимых стандартным наблюдателем. Ни одно из устройств — телевизионный экран, монитор компьютера, светодиодный световой прибор и другие трехцветные устройства — не может воспроизвести все цвета, различимые глазом человека. Гамма цветов, которую можно получить с помощью светодиодного светового прибора или многокристального светодиода, зависит от цветов отдельных красных, зеленых и синих светодиодов, используемых в них.

На диаграмме точки трех цветов отдельных светодиодов, используемых в трехцветном световом приборе, соответствуют вершинам треугольника. Теоретически прибор может воспроизвести любой цвет, соответствующей точкам внутри этого треугольника. На практике трехцветный светодиодный световой прибор обычно управляется цифровым контроллером и может воспроизвести определенное количество возможных цветов внутри треугольника. С помощью 8-битного трехцветного светодиодного прибора можно получить приблизительно 16,7 млн цветов (2563 цветов) — однако это количество уже превышает число цветов, которые человек способен различить в пределах данного цветового треугольника. (Цвета, лежащие вне границ цветового треугольника, могут быть различимы глазом человека, но световой прибор не сможет их воспроизвести.)

Способность полноцветных светодиодных световых приборов излучать свет любого цвета без использования светофильтров и других внешних устройств в корне отличает светодиоды от других источников света. Совместное использование полноцветных светодиодных источников света с контроллерами освещения позволяет создавать как простые цветовые эффекты, так и полноцветные световые шоу и даже крупномасштабные видеодисплеи.

Создание белого света с помощью светодиодов

Существует два способа получения белого света с помощью светодиодов:

• Согласно цветовой модели RGB, белый цвет получается с помощью пропорционального смешивания красного, зеленого и синего цветов. При использовании метода RGB белый свет получается при объединении излучения красного,зеленого и синего светодиодов.

Люминофорные гии получения белого света предполагают использование одного светодиода коротковолнового излучения, например, синего или ультрафиолетового, в комбинации с желтым люминофорным покрытием. Фотоны синего или ультрафиолетового излучения, генерируемые светодиодом, либо проходят через слой люминофора без изменения, либо преобразуются в нем в фотоны желтого света. Комбинация фотонов синего и желтого цвета создает белый свет.

Белый свет может быть получен в результате объединения только желтого и синего цвета. Этот эффект открыл в начале 18 века Исаак Ньютон при выполнении экспериментов с цветами.

Метод RGB дает возможность создавать белый свет точного оттенка, имеющий способность подчеркивать освещаемые цвета. Однако для создания белого цвета RGB требуется сравнительно сложное оборудование, так как в одном источнике необходимо использовать сразу три светодиода. При этом получаемый свет неестественно передает пастельные тона, что является основным следствием низкого индекса цветопередачи белого света, полученного методом RGB.

Белые люминофорные светодиоды обеспечивают лучшую цветопередачу, чем белые RGB-светодиоды, в большинстве случаев сравнимую с люминесцентными источниками света. От белых RGB-источников света они также отличаются высокой энергоэффективностью. Именно высокая энергоэффективность и хорошая цветопередача делают люминофорные технологии предпочтительным способом получения белого света.

В процессе производства белых светодиодов на светодиодный кристалл наносится слой люминофора. Оттенок или цветовая температура белого света, излучаемого светодиодом, определяется длиной волны света, испускаемого синим светодиодом и составом люминофора.

Цветовая температура излучения светодиода зависит от толщины слоя люминофора. Производители стараются минимизировать цветовые вариации с помощью строгого контроля толщины и состава слоя люминофора. Компания Philips Lumileds использует защищенный патентом процесс изготовления светодиодов Philips LUXEON, излучающих холодный и нейтральный белый свет с высоким постоянством цвета.10

В настраиваемых световых приборах, позволяющих получать белый свет из определенного диапазона цветовых температур, используется принцип смешивания трех цветов. Эти приборы обычно содержат светодиоды холодного и теплого белого света, индивидуально управляемые по принципу, применяемому в полноцветных источниках света RGB. Регулирование относительной интенсивности холодного и теплого белого света изменяет цветовую температуру настраиваемого светового прибора по тому же принципу, как регулируется интенсивность излучения красных, зеленых и синих светодиодов полноцветного (RGB).

Краткая история создания светодиодов

Светодиоды, или светоизлучающие диоды, являются электрическими источниками света. Первый красный светодиод был создан в 1962 г. Ником Холоньяком (Nick Holonyak) в компании General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е гг. прошлого столетия применялись для производства небольших световых индикаторов, используемых в электронных приборах. Хотя они испускали тусклый свет и имели низкую энергоэффективность, технология оказалась перспективной и стала быстро развиваться. В начале 70-х гг. появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, в светофорах и указателях «Выход». Эффективность светодиодов по световому потоку постоянно увеличивалась, и к 1990 г. световой поток красных, желтых и зеленых светодиодов достиг значения I люмен (лм).

В 1993 г. Суджи Накамура (Shuji Nakamura), инженер, работающий в компании Nichia, создал первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными

составляющими света, теперь с помощью светодиодов можно было получить любой цвет освещения, включая белый. Белые люминофорные светодиоды — это светодиоды, объединяющие синий или ультрафиолетовый светодиод с люминофорным покрытием, впервые появились в 1996 г. В конце 90-х гг. светодиоды постепенно заменяют лампы накаливания там, где требуется окрашенный свет.

В 2000-2005 гг. уровень светового потока светодиодов достиг значения 100 лм и выше. Появились белые светодиоды с теплыми и холодными оттенками, подобными образуемым лампами накаливания, люминесцентными лампами и схожие с естественным освещением. Постепенно светодиоды составили конкуренцию традиционным источникам света и стали применяться в театральном и сценическом освещении.

В настоящее время светодиоды широко используются в различных системах общего освещения. По мнению Департамента энергетики (Department of Energy) и Ассоциации развития оптоэлектронной промышленности (Optoelectronics Industry Development Association), к 2025 г. светодиоды станут самым распространенным источником света в жилых домах и офисах.

История создания светодиодов

60-е гг.

1962 г. — Первый красный светодиод, разработанный Ником Холоньяком в компании GE.

Красные индикаторные светодиоды, выпущенные компанией HP из материалов производства Monsanto — 0,01 лм.

Первые зеленые и желтые светодиоды.

70-е гг.

1971    г. — Первые синие светодиоды.

1972    г. — Красные светодиоды со световым потоком 1 лм.

Светодиоды начинают использоваться в наручных часах, калькуляторах, светофорах и указателях «Выход».

80-е гг.

1984 г. — Достижения в области повышения эффективности по световому потоку: первые сверхъяркие красные светодиоды.

90-е гг.

1993 г. — Инженер компании Nichia Суджи Накамура создал первый синий светодиод высокой яркости.

1995    г. — Зеленые светодиоды высокой яркости.

1996    г. — Первый белый светодиод. Сверхъяркие красные и янтарные светодиоды.

Светодиоды начинают вытеснять лампы накаливания там, где требуется освещение окрашенным светом. Светодиоды устанавливаются в портативных светильниках.

1997    г. — Создание компании Color Kinetics.

1998    г. — Источники света RGB.

2000-е гг.

Белый свет, созданный с помощью светодиодов RGB.

Белый свет, созданный с помощью синего светодиода с люминофорным покрытием.

Первые «настраиваемые» светодиодные источники белого света. Светодиоды 10-100 лм.

2003    г. — Светодиоды широко применяются при проведении развлекательных мероприятий.

2004    г. — Светодиоды используются для акцентного освещения объектов.

2005    г. — Появляются светодиодные кластеры со световым потоком, превышающим 1000 лм.

2008 г. — Светодиоды используются в системах общего освещения. Увеличение количества производителей светодиодов (Nichia, Сгее, Osram, Lumileds, King Brite, Toyoda Gosei, Cotco)

Для чего используются светодиоды?

Скорее всего, вы видели использование светодиодных фонарей, даже если вы этого не знаете. Светодиод — это технология, которая относится к маленьким диодам, которые преобразуют электричество в свет (LED означает «светоизлучающий диод»). Технология существует около полувека, но только в течение последних 15 лет они стали широко использоваться в повседневных приложениях. Давайте посмотрим, как используется светодиодная технология.

Исходное использование

Из-за небольшого размера светодиода (около четверти дюйма) и небольшого количества энергии, необходимого для их питания, светодиодные фонари изначально использовались для «небольших целей».«Это включало предоставление цифрового дисплея для таких вещей, как калькуляторы, часы и световые индикаторы. Сегодня они по-прежнему используются для этих вещей. Если вы хотите увидеть пример светодиодной лампы, которая все еще используется для одного из этих ранее применений , взгляните на клавиатуру компьютера. Любой свет, который вы видите, — это светодиодный свет. Другие ранние применения, для которых светодиоды все еще используются, включают фонарики и светофоры.

Более современное использование

По мере развития технологии меняется и использование светодиодной технологии.Теперь вы можете увидеть, как они используются в качестве индикаторов для новых устройств, таких как DVD-плееры, MP3-плееры и портативные игровые системы. Многие флеш-накопители (те небольшие накопители, которые вы подключаете к портам компьютера для облегчения доступа к файлам) также имеют светодиодные индикаторы.

За показателем

Также в последнее время светодиодная технология начала расширяться за пределы мира индикаторных ламп. Сейчас не редкость использовать их в качестве осветительных приборов, поскольку они более энергоэффективны, чем стандартные люминесцентные лампы и лампы накаливания.Также они почти не выделяют тепла.

Сейчас они также используются для видеоприложений. Например, вы можете увидеть их использование на телеэкранах под открытым небом, например, на концертах под открытым небом. Или для небольшого современного приложения взгляните на пульт дистанционного управления вашего телевизора. Он работает через инфракрасный светодиод, передавая сигнал от пульта управления на телевизор.

Почему повсеместное использование?

Чем же обязаны светодиодной технологии такое безудержное распространение технологии? Все очень просто, потому что работает хорошо, качественно и дешево.Как уже отмечалось, светодиод потребляет очень мало электроэнергии. Это означает, что они служат дольше стандартных лампочек. Они также служат дольше, чем лампы в старых телевизорах и компьютерных мониторах. Это означает экономию для потребителя.

Дело не только в стоимости. Светодиоды могут делать то, на что другие источники света просто не способны. Из-за своего небольшого размера такие устройства, как мониторы и телевизоры, могут одновременно включать несколько источников света и выключать другие. Вот почему светодиоды являются предпочтительной технологией для вывесок.Эта функция упрощает настройку ваших собственных сообщений. С более низкой стоимостью и большей функциональностью, добавленной к тому факту, что светодиоды более безопасны для окружающей среды, неудивительно, что все больше предприятий и потребителей выбирают светодиоды. Это те же причины, по которым вам тоже стоит приобщиться к чуду светодиодов.

Что такое светодиод? | LEDs Magazine

Проще говоря, светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковое устройство, которое излучает свет, когда через него проходит электрический ток.Свет образуется, когда частицы, переносящие ток (известные как электроны и дырки), объединяются в полупроводниковом материале.

Поскольку свет генерируется внутри твердого полупроводникового материала, светодиоды описываются как твердотельные устройства. Термин твердотельное освещение, которое также включает в себя органические светодиоды (OLED), отличает эту технологию освещения от других источников, в которых используются нагретые нити накала (лампы накаливания и вольфрамовые галогенные лампы) или газовый разряд (люминесцентные лампы).

Разные цвета
Внутри полупроводникового материала светодиода электроны и дырки находятся внутри энергетических зон.Разделение полос (то есть запрещенная зона) определяет энергию фотонов (световых частиц), излучаемых светодиодом.

Энергия фотона определяет длину волны излучаемого света и, следовательно, его цвет. Различные полупроводниковые материалы с разной шириной запрещенной зоны производят свет разных цветов. Точную длину волны (цвет) можно настроить, изменив состав светоизлучающей или активной области.

Светодиоды состоят из сложных полупроводниковых материалов, которые состоят из элементов из группы III и группы V периодической таблицы (они известны как материалы III-V).Примерами материалов III-V, обычно используемых для изготовления светодиодов, являются арсенид галлия (GaAs) и фосфид галлия (GaP).

До середины 90-х годов светодиоды имели ограниченный диапазон цветов, и, в частности, не существовало коммерческих синих и белых светодиодов. Разработка светодиодов на основе системы материалов из нитрида галлия (GaN) дополнила цветовую палитру и открыла множество новых приложений.

Основные материалы светодиодов
Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:

  • Нитрид индия-галлия (InGaN): синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости
  • Алюминий, галлий, индия, фосфид (AlGaInP): желтых, оранжевых и красных светодиодов высокой яркости
  • Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs): красных и инфракрасных светодиодов
  • фосфид галлия (GaP): желтых и зеленых светодиодов

Светоизлучающий диод (светодиод) | Fiberlabs Inc

Дата: 8 марта, 2016 г. 更新 日 時: 2018 年 12 18 投稿 者: fiberlabsus_admin

1.Что такое светодиод?
LED — это аббревиатура от Light Emission Diode и представляет собой устройство, которое излучает свет, пропуская ток к p-n переходу, как полупроводниковый лазер (LD). Он излучает свет с различной длиной волны в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях, что соответствует его ширине запрещенной зоны. В частности, белые светодиоды отличаются длительным сроком службы и низким энергопотреблением по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами, и поэтому в настоящее время все чаще используются для освещения. Белые светодиоды также используются для многих приложений в области освещения и отображения, включая ЖК-подсветку, используемую для сотовых телефонов, светофоров, дорожных знаков, наружных дисплеев и фонарей.

2. Принцип излучения светодиода
На рисунке 1 показан принцип излучения светодиода. Активный слой, зажатый между полупроводниками p- и n-типа, сформирован на сапфировой подложке, и напряжение подается через p-n переход от электродов. При приложении прямого напряжения электроны соединяются с дырками на p-n-переходе и исчезают. В это время электрон переходит из состояния с более высокой энергией в состояние с более низкой энергией, и избыточная энергия выделяется в виде света.


Рис.1 Принцип излучения светодиода.

3. Что вызывает различия в цветах светодиодов?
Рисунок 2 объясняет, почему длины волн излучения разных полупроводниковых материалов различаются. Объединение дырок и электронов в p-n-переходе означает, что электроны попадают из зоны проводимости в валентную зону. Когда разница в энергии между обеими полосами больше, излучается свет с большей энергией, то есть свет с более короткой длиной волны. Поскольку разность энергий (ширина запрещенной зоны) зависит от полупроводникового материала, материалы светодиодов выбираются на основе ширины запрещенной зоны, чтобы соответствовать желаемому цвету света.


Рис.2 Разница в цвете излучения полупроводникового материала.
(И синий, и зеленый свет излучаются InGaN, но соотношение In / Ga отличается.)

4. Механизм излучения белого светодиода
Есть три способа получить белый свет от светодиодов, как показано на рис. 3.
(1) Первый — это способ облучения желтого люминофора синим светодиодом. Поскольку желтый цвет является дополнительным к синему, смесь синего и желтого выглядит белой. Хотя этот метод наиболее популярен из-за простоты изготовления и высокой интенсивности, его слабым местом является слегка голубоватый оттенок.
(2) Второй — способ излучения синего, зеленого и красного люминофора путем облучения ультрафиолетового светодиода. Хотя свет выглядит естественным и чистым белым, его интенсивность еще не такая сильная, как у метода (1).
(3) Третий — это способ использования трех светодиодов: синего, зеленого и красного. Поскольку свет интенсивный и можно получить любой цвет, этот метод применяется к большому дисплею и светодиодному экрану.


Рис.3 Механизм излучения белого светодиода.

5. Отличия светодиода от светодиода
Светодиод — это полупроводниковый светоизлучающий прибор, аналогичный светодиоду.Какая разница между двумя? На рис. 4 показаны базовые конструкции светодиода и диода. Хотя принцип излучения тот же, электроны и дырки соединяются в p-n-переходе и излучается свет, свойства испускаемого света разные. Поскольку светодиодный свет имеет случайные фазы, он распространяется так же, как лампочки. С другой стороны, свет LD имеет определенную фазу, и поэтому он распространяется прямо, не распространяясь. Эта разница объясняется наличием или отсутствием резонатора.LD может выравнивать фазу света с помощью резонатора, но светодиод без резонатора выводит свет без изменений. Еще одно отличие — это потери связи в оптоволокне. Свет LD может быть направлен в оптическое волокно с низкими потерями связи, поскольку свет выходит из узкого активного слоя. Между тем, свет СИД не только слегка падает на волокно, потому что СИД имеет большую площадь излучения.


Рис.4 Базовые конструкции светодиода и ЛД.

Различные способы использования светодиодного освещения в вашем доме

светодиода или светодиода были впервые произведены в 1968 году и являются полупроводниковыми источниками света.Они обычно используются в качестве индикаторных ламп во многих устройствах, но также все чаще используются для других целей. Светодиодные фонари можно использовать по всему дому в качестве акцентных деталей для освещения бухты или для выделения определенных элементов декора или архитектуры.

Современная гостиная с настенным телевизором на выделенной комбинации панелей.

Светодиоды имеют несколько преимуществ. Например, они очень эффективны, поскольку излучают больше света на ватт, чем лампы накаливания. Также на эффективность светодиодных светильников не влияют форма и размер.Светодиоды также могут излучать свет определенного цвета без использования цветных фильтров. Они могут быть очень маленькими и легко крепятся к печатным платам. Они также загораются очень быстро и идеально подходят для частого включения / выключения на велосипеде. Еще одним большим преимуществом является то, что светодиоды трудно повредить внешним ударом.

Современный сад на крыше с очень ярким светодиодным освещением Парящий шкаф для шикарной ванной комнаты с тонким светодиодным освещением под шкафом для раковины Современная кухня со светодиодным акцентным освещением под островом / баром Современный экстерьер дома со светодиодной подсветкой дорожки и красивой террасой Современная кухня с ярким светодиодным акцентным освещением повсюду Современная дамская туалетная комната со стильным зеркалом, освещенным сзади светодиодами Кухня с задней панелью со светодиодной подсветкой и листами из рисовой бумаги

Это лишь несколько причин, по которым светодиодные светильники так хороши для акцентного освещения.Их можно использовать для выделения определенной области, например, пространства под шкафами, летучими мышами, диванами, столами и т. Д., Их также можно использовать для освещения бухты и создать очень интересный эффект, особенно ночью. Вы можете использовать светодиодные фонари, чтобы подчеркнуть форму определенного акцентного элемента, такого как зеркало или картина, а также использовать их снаружи для дорожки.

Источники изображения: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.

Светодиоды (светодиоды)

Светодиод (LED) — это полупроводниковая сборка, которая излучает свет, когда через него пропускается электрический ток.Светодиоды излучают оптическое излучение высокой интенсивности в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном (ИК) спектрах. «Белые» светодиоды, которые сейчас широко доступны, быстро заменяют лампы накаливания и люминесцентные лампы на обычное освещение. Они более энергоэффективны и требуют меньшего обслуживания, чем заменяемые ими лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Светодиоды

обычно используются для световых индикаторов, электронных вывесок, дисплеев часов и фонарей. Светодиоды также используются в устройствах для ультрафиолетового (УФ) отверждения ногтей, которые продаются как для салонов, так и для домашнего использования.Кроме того, светодиоды, излучающие ультрафиолетовое излучение, в настоящее время используются в судебной медицине, фотолитографии, лечении, дезинфекции, очистке воды и производстве медицинских устройств (включая стоматологию), а также в бактерицидном и инфекционном контроле.

Типы светодиодов

Ниже приведены некоторые распространенные типы светодиодов:

  • Светодиоды поверхностного излучения (большой площади) (SLED)
  • Краевые светодиоды
  • Органические светодиоды (OLED), используемые в основном в цифровых дисплеях (например, в телевизорах)

SLED — это обычные светодиоды, которые существуют десятилетиями.Они состоят из чипа из полупроводникового материала, легированного примесями для создания p-n-перехода. Обычные полупроводники, используемые в конструкции светодиодов, включают галлий, кремний, индий, нитрид и синтетический сапфир. Излучающая поверхность светодиодного чипа обычно имеет порядок квадратного миллиметра и при увеличении выглядит как большой диск или квадратная область высокой яркости. Помимо того, что светодиоды продаются в виде однокристальных конструкций, в настоящее время они обычно упаковываются в массивы, что позволяет производить еще больше света.

Светодиоды с торцевым излучением имеют конструкцию устройства, отличную от структуры светодиода с поверхностным излучением. Распространение луча обычно меньше для светодиода с торцевым излучением, чем для SLED. Кроме того, спектральная ширина светодиода с торцевым излучением немного уже, чем у SLED. Типичные размеры излучающей полоски 3 мм ´ 100 мм, длина активной области несколько сотен микрон. Из-за высокой яркости, достигаемой на излучающей грани, легче направить свет в оптическое волокно.Яркость светодиодов с торцевым излучением на несколько порядков выше, чем у SLED.

Органические светодиоды

изготавливаются путем размещения ряда органических тонких пленок между двумя проводниками. Они изготовлены на гибких пластиковых подложках и не требуют подсветки, что делает их тоньше и эффективнее, чем жидкокристаллические дисплеи (которым требуется подсветка). Они часто используются в дисплеях мобильных телефонов, телевизионных экранах / мониторах и в автомобильной промышленности.

Воздействие на здоровье

Повышенная доступность УФ-излучающих, белых и очень ярких светодиодов привела к некоторым проблемам со здоровьем.Глаза и кожа — это органы, наиболее чувствительные к повреждению тканей оптическим излучением. Общие эффекты для глаз и кожи приведены в таблице ниже. Тип эффекта, пороги повреждения и механизмы повреждения значительно зависят от длины волны. Эффекты могут перекрываться и должны оцениваться независимо.

Повреждение от оптического излучения
Глаза УФ-фотохимическое повреждение роговицы (фотокератит), конъюнктивы (фотоконъюнктивит) и хрусталика (катаракта) глаза (180–400 нанометров [нм])
Термическое повреждение сетчатки (380–1 400 нм)
Фотохимическое повреждение сетчатки синим светом (400–550 нм, если в глазу отсутствует естественный хрусталик, также известный как «афакический», то 300–550 нм)
Опасность теплового воздействия инфракрасного излучения на хрусталик, например катаракта (приблизительно 800–3000 нм)
Термическое повреждение (ожоги) роговицы (приблизительно 1400 нм – 1 мм)
Термическое повреждение роговицы (180 нм – 1 мм) в результате сильного или длительного воздействия
Кожа Термическое повреждение, ожоги (180 нм – 1 мм) от высокой освещенности, длительного воздействия или высокой температуры внешнего кожуха лампы
Повреждение в результате фотосенсибилизации менее 380 нм, которое может распространяться примерно до 700 нм, возможно, как побочный эффект некоторых лекарств
Фотоаллергические реакции, при которых антиген, активируемый воздействием оптического излучения, вызывает иммунную реакцию
Риск рака кожи, при котором УФ-излучение (но не видимое излучение) является основным известным фактором риска окружающей среды

Светодиодное излучение — Влияние на здоровье глаз

Если это не светодиод, излучающий ультрафиолетовое излучение, не следует ожидать, что светодиод будет способствовать развитию таких травм, как фотокератит, фотоконъюнктивит и катаракта.Термическое повреждение (тепловая ретинопатия) возникает при кратковременном воздействии очень высокого уровня освещенности. Уровни воздействия, необходимые для теплового повреждения сетчатки, не могут быть достигнуты с помощью света, излучаемого светодиодами современных технологий.

Традиционные светодиоды обычно считаются безопасными, и для них не требуются отдельные стандарты безопасности, в отличие от лазерных диодов повышенной мощности, которые, как известно, опасны для глаз. Экспозиция светодиодов регулируется стандартом на лампы (IEC / EN 62471, Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем ).Исходя из текущих пределов воздействия в этом стандарте, большинство видимых светодиодов и инфракрасных светодиодов (IRED), особенно SLED, не представляют серьезной опасности для глаз. Однако некоторые специальные осветительные приборы (например, сценические светильники) потенциально могут попасть в группу повышенного риска, как это определено в действующих стандартах безопасности освещения.

Острые повреждения сетчатки глаза человека в результате обычного воздействия синих или белых светодиодов не наблюдались и не документировались в литературе. Основная опасность для сетчатки глаза, возникающая при просмотре источников яркого света, — это фоторетинопатия (например,g., солнечная ретинопатия) с сопутствующей скотомой, которая может возникнуть в результате взгляда на солнце. Однако глаз хорошо приспособлен к защите от вредного оптического излучения полного спектра солнечного света. Яркие источники света, такие как солнце, дуговые лампы, сварочные дуги и яркие светодиоды, вызывают у глаз естественную реакцию отвращения. Такой ответ ограничивает продолжительность воздействия долей секунды (обычно менее 0,25 с).

Нарушение зрения и нарушение циркадного ритма

Единственными установленными острыми неблагоприятными последствиями для здоровья от светодиодов являются эффекты, вызванные временной модуляцией света (мерцанием), ослеплением и нарушением циркадного ритма.

Эффекты мерцания

Источники света, питаемые непосредственно от основного источника питания, вероятно, будут иметь некоторую временную модуляцию света. Большинство светодиодов, управляемых кондиционером, подвержены эффектам мерцания независимо от спектра излучения.

блики

Ослепление является источником косвенной опасности, причиной которой не является сам свет. Например, на рабочем месте блики могут стать причиной несчастных случаев, если они мешают безопасному использованию машин и инструментов. В повседневной жизни блики могут быть причиной дорожно-транспортных происшествий и падений.Ослепление также может создавать визуальные помехи, если светодиодные светильники не спроектированы должным образом.

  • Дискомфортные блики возникают, когда источник света имеет яркость (яркость), значительно превышающую яркость окружающих объектов (например, автомобильная фара на очень темной проселочной дороге ярче, чем такой же свет, наблюдаемый при дневном свете). Люди жалуются на дискомфорт в таких условиях.
  • Ослепление для инвалидов возникает, когда яркость источника настолько яркая, что рассеяние света в человеческом глазу закрывает окружающие предметы.Этот тип бликов становится более выраженным у пожилых людей из-за увеличения разброса хрусталика человеческого глаза с возрастом.

Нарушение циркадного ритма

Воздействие интенсивного «холодного белого» / насыщенного синего излучения может привести к нарушению суточного циркадного ритма организма, поскольку пиковая чувствительность глаза к регуляции циркадного ритма находится в синем (460–470 нм) диапазоне длин волн, где большинство белых светодиодов имеют сильное излучение. Следует отметить, что это может произойти, если облучение происходит в вечернее или ночное время, но не днем.

Растет тенденция к использованию настраиваемых светодиодов для воздействия на поведение и здоровье человека. Это может привести к большему воздействию синего / коротковолнового света. Считается, что более высокая коррелированная цветовая температура (CCT) («холодный» свет) увеличивает бдительность, тогда как более низкая CCT («теплый» свет) вызывает расслабление / спокойствие. Цветовая температура ранних светодиодов составляла 6000 К или выше и не была хорошо принята публикой, потому что голубовато-белый свет описывался как резкий с плохой цветопередачей.Более теплая CCT приблизительно 3 000–4 000 K более приемлема. Для сравнения, учтите, что CCT ясного дневного света находится в диапазоне 6000–7000 K, в то время как в пасмурный день он находится в диапазоне 4000–5000 K, а CCT ламп накаливания составляет около 2700 K.

Оценка и пределы воздействия

Как упоминалось выше, светодиоды регулируются стандартом на лампы (IEC / EN 62471 , Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем ). Стандарт предоставляет методы классификации ламп по одной из четырех групп риска (RG), RG0, RG1, RG2 и RG3, которые основаны на установленных пределах воздействия.Если лампа классифицируется как RG0 (также известная как «исключенная»), ее воздействие не связано с риском. Риск от воздействия ламп в группах риска выше RG0 постепенно увеличивается до RG3. В центре внимания оценки безопасности находится RG3, который представляет собой высокий риск. Обычно производитель маркирует светодиодные лампы в соответствии с их группой риска.

Группа рисков Философские основы
Группа 0 (освобождена) Нет фотобиологической опасности
Группа 1 (низкий риск) Отсутствие фотобиологической опасности при нормальных поведенческих ограничениях
Группа 2 (средний риск) Не представляет опасности из-за неприятии яркого света или теплового дискомфорта
Группа 3 (высокий риск) Опасно даже при кратковременном воздействии

Светодиоды имеют спектральную полосу пропускания, намного большую, чем у лазеров, и, поскольку они не являются «точечными источниками», их следует рассматривать как некогерентные оптические источники.Для широкополосных некогерентных источников необходимо оценить несколько различных опасностей в диапазоне длин волн, чтобы пределы для различных опасностей применялись параллельно.

Пределы выбросов обычно выводятся из значений пороговых уровней (TLV) и индексов биологического воздействия (BEI) Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) или Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH). Лаборатория Беркли приняла руководство ACGIH в отношении пределов воздействия оптического излучения.Для оценки опасности воздействие на глаза и кожу в месте воздействия сравнивается с соответствующими ПДК воздействия. Пределы применимы к источникам постоянного света с максимальным временем воздействия восьми часов. Пределы основаны на уровнях излучения, которые, как предполагается, не вызывают неблагоприятных последствий для здоровья. Соблюдение пределов может быть продемонстрировано несколькими способами: общими оценками, теоретическими оценками или измерениями. В зависимости от источника может потребоваться несколько измерений с помощью разных детекторов.

Если результаты не превышают пределы воздействия, дальнейшая оценка не требуется. Если результаты превышают ПДК, следует рассчитать максимальное время воздействия. В таких случаях может потребоваться переоценка объема работ и внедрение инженерного и / или административного контроля.

Для получения дополнительной информации или запроса на оценку и измерения обратитесь к специалисту по неионизирующему излучению, указанному на домашней странице неионизирующего излучения (NIR).

Пороговые значения для света и ближнего ИК-диапазона (ПДК)

Средства контроля воздействия

Если на рабочем месте были выявлены световые опасности, может потребоваться реализация одной или нескольких мер контроля для устранения воздействия или уменьшения его, насколько это практически осуществимо. Иерархия элементов управления описана ниже.

Исключение или Замена

Следует внимательно рассмотреть вопрос о том, можно ли устранить воздействие световой опасности путем изменения используемого процесса или можно ли заменить источник света на менее опасный.Если это невозможно или если риск недостаточно снижен (например, при замене менее опасного источника), тогда рассмотрите возможность внедрения технических средств контроля.

Средства инженерного контроля

Место нахождения

Идеально расположить светодиодное оборудование в отдельной комнате, нише или в малонаселенной зоне лаборатории. Чтобы избежать контакта с другими сотрудниками, не размещайте оборудование в непосредственной близости от рабочих столов или другого оборудования.

Корпус

Использование светонепроницаемых шкафов и ограждений является предпочтительным средством предотвращения воздействия.Там, где невозможно полностью закрыть источник света, используйте экраны, экраны и барьеры. Крышки или частичные кожухи нельзя снимать во время использования оборудования. Если они изменили цвет, испортились или каким-либо образом повредились, их следует заменить.

Блокировки

Некоторое оборудование поставляется с устройствами блокировки. Запрещается вмешиваться в блокировку. Замените или отремонтируйте их, если они неисправны.

Административный контроль

Типичный административный контроль включает ограничение доступа к светодиодным индикаторам высокого риска, обеспечение осведомленности персонала о потенциальных опасностях, а также обучение персонала и инструкции по безопасной работе.

Обучение

Персоналу следует внимательно изучить инструкции производителя на светодиодное оборудование и ознакомиться с его использованием. В руководствах производителя содержится конкретная информация по безопасности, которую необходимо полностью усвоить перед использованием оборудования. Важно никогда не отклоняться от инструкций по безопасной эксплуатации. Если есть какие-либо сомнения или опасения относительно безопасного использования светодиодного оборудования, обратитесь к производителю за разъяснениями.

При работе со светодиодной лампой или рядом с ней персонал лаборатории должен знать, как минимум, следующее:

  • Использование светодиодного светового оборудования по назначению
  • Предупреждающие знаки и таблички
  • Надлежащее использование средств защиты, предоставленных производителем (например,г., щиты / ограждения), а также средства индивидуальной защиты (СИЗ)
  • Признаки воздействия светодиода
Минимизация воздействия

Не смотрите на светодиодную лампу напрямую. Хотя закон обратных квадратов применяется к световому излучению, не являющемуся лазерным лучом, не рекомендуется смотреть прямо на какой-либо светодиодный источник.

Предупреждающие знаки

Стандарт ламп требует, чтобы на светодиодных продуктах указывалась группа риска синего света, если они классифицируются как RG2 или RG3.Кроме того, для всех продуктов, превышающих группу исключений (RG0), производитель должен предоставить следующую информацию для пользователя:

  • Четкое заявление о том, что лампа или система ламп превышает разрешенные пределы воздействия для группы, и риск, связанный с просмотром, зависит от того, как пользователи устанавливают и используют продукт.
  • Самая ограничительная опасность оптического излучения и другие опасности оптического излучения, превышающие группу исключения (см. Таблицу требований к маркировке ниже).
  • Значения воздействия и опасные расстояния с дополнительным графическим представлением значений воздействия в зависимости от расстояния.Обычно оценка воздействия проводится на расстоянии 200 мм.
Опасность Группа риска 0

(освобождено)

Группа риска 1 Группа риска 2 Группа риска 3
Актиничный УФ УВЕДОМЛЕНИЕ
Изделие испускает УФ-излучение. Сведите к минимуму воздействие на глаза и кожу. Используйте соответствующий экран.
ВНИМАНИЕ!
Изделие испускает УФ-излучение. Воздействие может вызвать раздражение глаз или кожи. Используйте соответствующий экран.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Изделие испускает УФ-излучение. Избегайте контакта глаз и кожи с неэкранированными продуктами.
UVA УВЕДОМЛЕНИЕ
Изделие испускает УФ-излучение. Сведите к минимуму воздействие на глаза и кожу. Используйте соответствующий экран.
ВНИМАНИЕ!
Изделие испускает УФ-излучение. Воздействие может вызвать раздражение глаз или кожи.Используйте соответствующий экран.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Изделие испускает УФ-излучение. Избегайте контакта глаз и кожи с неэкранированными продуктами.
Сияние синего света CAUTION
Возможно опасное оптическое излучение, исходящее от этого продукта. Не смотрите на лампу. Может быть вредным для глаз.
WARNING
Возможно опасное оптическое излучение, исходящее от этого продукта. Не смотрите на лампу.Это может привести к травме глаз.
Термическая опасность для сетчатки CAUTION
Возможно опасное оптическое излучение, исходящее от этого продукта. Не смотрите на лампу. Может быть вредным для глаз.
WARNING
Возможно опасное оптическое излучение, исходящее от этого продукта. Не смотрите на лампу. Это может привести к травме глаз.
Глаза инфракрасного излучения УВЕДОМЛЕНИЕ
Изделие излучает ИК-излучение.Используйте соответствующий экран или защиту для глаз.
CAUTION
Изделие излучает ИК-излучение. Не смотрите на лампу.
WARNING
Изделие излучает ИК-излучение. Избегайте попадания в глаза. Используйте соответствующий экран или защиту для глаз.
Тепловая опасность для сетчатки Слабое зрение WARNING
Изделие излучает ИК-излучение. Не смотрите на лампу.
CAUTION
Изделие излучает ИК-излучение. Не смотрите на лампу.
WARNING
Изделие излучает ИК-излучение. Не смотрите на лампу.

Источник: IEC 62471-2

В дополнение к этикеткам производителя необходимы предупреждающие знаки, если светодиодное излучение не полностью закрыто или не входит в группу исключений. Предупреждающий знак должен быть вывешен у входа в лаборатории или места, где освещенность превышает любой из пределов воздействия.

Примеры и варианты светодиодного предупреждающего знака:

Средства индивидуальной защиты

В зависимости от оценки риска подходящие СИЗ могут включать очки, защитные маски, перчатки и лабораторные халаты.Светодиодный свет очень яркий, поэтому продолжительное воздействие может вызвать дискомфорт или даже травму, и его следует избегать.

Очки

Если невозможно избежать просмотра интенсивного видимого света или синего света, следует носить очки янтарного цвета.

Примеры очков, подходящих для защиты от интенсивного видимого света:

Примеры специальных защитных очков, доступных для светодиодных диапазонов:

Все защитные очки должны обеспечивать 100% защиту от ультрафиолета.

Используйте очки, подходящие для работы. Для наилучшей защиты очки должны соответствовать стандарту ANSI Z87.1, который требует маркировки на имеющихся средствах защиты глаз. Средства защиты глаз, соответствующие стандарту Z87.1, имеют маркировку «Z87». Дополнительная маркировка делится на три категории: защита от ударов по сравнению с защитой от ударов, защита от брызг и пыли и защита от оптического излучения.

Оптическая радиационная защита — это способность линз защищать от радиации. Это обозначается буквенным обозначением, за которым обычно следует рейтинг.Маркировка следующая:

  • Сварочный фильтр: «W» с последующим номером оттенка по шкале от 1,3 до 14
  • УФ-фильтр: «U» с последующим числом по шкале от 2 до 6
  • Инфракрасный (тепловой) фильтр: «R» с последующим числом по шкале от 1,3 до 10
  • Фильтр видимого света (бликов): «L» с последующим числом по шкале от 1,3 до 10
Маски

В некоторых случаях, когда требуется использование ультрафиолетовых светодиодов высокой интенсивности, лицевой щиток может быть хорошим вариантом для защиты.В дополнение к защитным очкам или защитным очкам следует надевать полнолицевые щитки.

Зеленые линзы могут поглощать определенное количество УФ, видимого и инфракрасного света, и эти типы линз часто используются при сварке. Линзы имеют номер оттенка, который показывает уровень защиты от опасного света.

Примеров лицевых щитков:

Чтобы получить дополнительную информацию о СИЗ или запросить оценку и измерения, обратитесь к соответствующему специалисту по неионизирующему излучению, указанному на домашней странице NIR.

Список литературы

Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH), 2016 г. TLV и BEI на 2016 г. .

Американский национальный институт стандартов / Общество инженеров освещения Северной Америки (ANSI / IESNA), 2015. Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем Общие требования , ANSI / IESNA RP ‑ 27.1-15.

ANSI / IESNA, 2017. Рекомендуемая практика фотобиологической безопасности для ламп Классификация и маркировка групп риска , ANSI / IESNA RP-27.3-17.

Хей, Н., 2020. Оценка оптической опасности в ультрафиолетовой области с использованием рекомендаций по лазерной безопасности (60825) и безопасности ламп (62471), LIA Today 28 (2): 8–12.

Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), 2000. Заявление ICNIRP о светоизлучающих диодах (СИД) и лазерных диодах: значение для оценки опасности, Health Physics 78 (6): 744–752.

ICNIRP, 2004. Руководство по предельным значениям воздействия ультрафиолетового излучения с длинами волн от 180 до 400 нм (некогерентное оптическое излучение), Health Physics 87 (2): 171–186.

ICNIRP, 2013. Руководство ICNIRP по пределам воздействия некогерентного видимого и инфракрасного излучения, Health Physics , 105 (1): 74–96.

ICNIRP, 2020. Светоизлучающие диоды (светодиоды): значение для безопасности, Health Phys ics 118 (5): 549–561.

Международная электротехническая комиссия IEC / EN 62471, 2006. Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем .

Международная электротехническая комиссия IEC 62471-2, 2009. Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем Часть 2: Руководство по производственным требованиям, касающимся безопасности нелазерного оптического излучения .

Джеймс Р.Х., Ландри Р.Дж., Уокер Б.Н. и Илев И.К., 2017. Оценка потенциальных опасностей оптического излучения со светодиодными лампами, предназначенными для домашнего использования, Health Physics 112 (2): 11-17.

Шульмейстер, К., О’Хаган, Дж., И Слини, Д.Х., 2019. Безопасность ламп и светодиодов — классификация и реалистичный анализ воздействия, Труды Международной конференции по безопасности лазерных лучей , документ 801.

UL LLC, 2012. Assessing the Photobiological Safety of LEDs , white paper.

Справочник по проектированию электротехники и вычислительной техники

В 2014 году Нобелевская премия по физике была присуждена группе исследователей, которые изобрели новый тип светодиодного диода. Светодиоды существуют уже давно, так что же делает этот новый вариант таким особенным? В этой статье рассказывается, как работают светодиоды и что делает эту светоизлучающую технологию такой особенной.

Светоизлучающие диоды — или сокращенно светодиоды — представляют собой разновидность полупроводников, которые генерируют свет, когда через них проходит ток.Впервые изобретенные в 1962 году светодиоды всегда использовались в качестве индикаторных ламп, но долгое время их низкий уровень или яркость не позволяли им использовать традиционные осветительные приборы. Благодаря последним достижениям в технологиях они начали заменять лампы накаливания в повседневном использовании. В этой статье будут представлены светодиоды, рассмотрены технологии, области применения и причины, по которым тот или иной светодиод был удостоен Нобелевской премии по физике 2014 года.

Свет всегда был необходимостью для жизни, какой мы ее знаем.Для большинства существ, включая древних людей, свет исходил от солнца. Открытие огня, изобретение мифологических масштабов привело к появлению первого в мире искусственного и управляемого источника света, освещающего пещеры, маленькие домики в прериях и большие викторианские поместья. Следующая веха наступила не через тысячи лет с изобретением лампы накаливания. Лампа накаливания будет безраздельно властвовать около века, пока не будут изобретены люминесцентные лампы, а затем, наконец, светодиодные лампы.

Светодиодные лампы

приобрели огромную популярность в последние несколько лет, потому что они могут быть такими же яркими, как лампы накаливания, но с более высокой эффективностью и более длительным ожидаемым сроком службы.

Но есть неучтенные полвека, в течение которых светодиоды существовали, а светодиодные лампочки — нет. В первые несколько лет светодиоды могли только генерировать крошечные, едва видимые количества света; идея освещения любого реального пространства была совершенно неосуществимой. В целом светодиодным лампам не хватало ценовой эффективности и энергоэффективности.Метрика для измерения эффективности лампочки — лм / Вт, или люмен на ватт. Люмен — это мера яркости света на площади, а ватт — мера потребления энергии. Проще говоря, световая эффективность — это (яркость / энергия).

Рисунок 1

Типы светодиодов. Источник: Автор.

Прежде чем мы начнем говорить о светодиодах, было бы полезно обсудить физику, лежащую в основе самого света. Свет — это разновидность электромагнитной волны.Обыденный свет, который мы думаем как «Свет», на самом деле представляет собой лишь узкую полосу в электромагнитном спектре. Другие виды электромагнитных волн — это радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все это формы света, но они находятся за пределами видимого спектра, поэтому мы не рассматриваем их как традиционный свет. Длина волны света будет определять, что это за волна, а в видимом спектре света она также будет определять цвет света: как видно на рисунке 2, свет с длиной волны примерно 700 нм будет казаться красным, а свет с длиной волны около 400 нм будет казаться синим или фиолетовым.

Рисунок 2

Электромагнитный спектр видимого света.

Это означает, что если у нас есть свет определенной длины волны, мы увидим его только в этом цвете. У повседневных предметов есть цвет, потому что они отражают одни длины волн света больше, чем другие. Зеленое яблоко отражает зеленый свет, красный пожарный гидрант отражает красный свет. Если направить красный свет на зеленое яблоко, свет будет поглощаться, а не отражаться. Белый свет — это сочетание всех цветов света.Когда один светит белым светом на зеленое яблоко, зеленый цвет отражается, но все остальные цвета поглощаются. Следовательно, свет, исходящий от яблока, будет зеленым, а яблоко кажется зеленым для человеческого глаза.

Не существует определенной длины волны видимого света с белым цветом. Это потому, что можно генерировать разные цвета света, комбинируя несколько разных длин волн света. Белый свет на самом деле представляет собой равную комбинацию всех длин волн видимого света. Типичная лампочка с беловато-желтым светом возникает, когда свет излучает большинство цветов света, но излучает больше света с желтой длиной волны, чем другие.Типичный спектр излучения бытовой лампочки можно увидеть ниже в Таблице 1. Наше Солнце также ярко выражено в области желтого спектра, а другие звезды, которые кажутся красными или синими, имеют соответствующие интенсивности цвета.

С другой стороны, светодиоды

излучают свет лишь с небольшими длинами волн. Это связано с тем, что материалы, из которых сделаны светодиоды, в отличие от звезд или ламп накаливания, могут излучать только определенные длины волн при электрическом возбуждении. Как показано в таблице 1, разные светодиоды имеют разные спектры излучения: каждый с очень тонким спектром излучения.Светодиоды излучают только один цвет света не потому, что они имеют цветной пластик поверх белого света, а потому, что они излучают свет только с одной длиной волны.

Таблица 1

ЭМ-спектры разных цветов.

Белый свет
Красный свет
Зеленый свет
Синий свет

Модель атома Бора объясняет, как атомы излучают различный свет.Типичный атом имеет некоторое количество как электронов, так и протонов: обычно эти числа равны и определяют поведение атома. Как правило, электроны имеют оболочки: каждая с разной связанной энергией.

Когда атом получает энергию (электрическую, тепловую, механическую и т. Д.), Электроны могут перемещаться на оболочки с более высокой энергией. Затем, когда электроны возвращаются к более низким энергетическим оболочкам, они излучают свет определенной длины волны. Это чрезмерное упрощение поведения, но важный вывод состоит в том, что есть только несколько определенных частот света, которые могут излучаться атомами.

Типичный принцип работы лампы накаливания можно увидеть на рисунке 3. Когда электричество проходит через катушку из определенного материала, электроны врезаются в атомы материала, возбуждая их. Затем, когда атомы теряют энергию, они излучают свет. Лампы накаливания заставляют электроны переходить на более высокие уровни энергии, а затем, когда электроны падают обратно вниз, излучается свет. Однако лампы накаливания грубо форсируют этот процесс: нет никакого контроля над тем, как энергия поглощается и высвобождается.Это означает, что цвет света, исходящего от лампы накаливания, по существу случайный, и состав всех этих случайных цветов представляет собой белый свет, который мы видим от этих ламп.

Рисунок 3

Работа лампы накаливания.

Светодиоды

излучают свет иначе, чем лампы накаливания. В то время как нити накаливания беспорядочно и беспорядочно излучают свет с множеством длин волн, светодиоды осуществляют этот процесс гораздо более регулируемым и утонченным образом. Посредством процесса, известного как рекомбинация, электроны, текущие в одном направлении, соединяются с дырками — ток, который течет через отсутствие электронов, — течет в другом направлении.Когда эти два тока встречаются, электроны и дырки рекомбинируют, восстанавливая электрическую нейтральность проводника. Однако электроны будут находиться на более высоком энергетическом уровне, чем дырки, поэтому, когда электрон падает, он излучает желаемую длину волны света.

Рисунок 4

Работа светодиода.

Различные цвета светодиода генерируются за счет контроля того, насколько глубоко электрон попадает в дыру, с которой он соединяется. Световые волны разной длины создаются разным потенциалом напряжения между двумя токами.Как правило, цвет и интенсивность излучаемого света зависят от химического состава полупроводника. Излучающие инфракрасное излучение светодиоды, которые излучают длину волны немного длиннее, чем видимый красный свет, были первыми светодиодами, изобретенными еще в 1962 году. (Холл и др.). Инфракрасные светодиоды сначала были изготовлены из арсенида галлия (GaAs. Путем добавления фосфора для получения GaP или галлия). Фосфидные диоды, всевозможные другие цвета, такие как красный, зеленый и желтый. Было проделано много работы по открытию новых полупроводников, которые излучают цвета более ярко или более эффективно, но в течение очень долгого времени исследователи изо всех сил пытались создать синие светодиоды, не говоря уже о доступных голубых. светлый.

Долгое время ученые и исследователи гнались за святым Граалем — изготовлением синих или коротковолновых светодиодов. Зеленый и красный светодиоды уже существовали, но для создания белого светодиода также потребовался голубой свет. Проблема заключалась в том, что, хотя синие светодиоды можно было сделать из GaN или нитрида галлия, выращивание чистой кристаллической решетки материала оказалось исключительно трудным. Только в 1989 году первые синие светодиоды появились в исследовательских лабораториях благодаря совершенно новым технологиям изготовления, которые обеспечили новый уровень точности и контроля процесса.К 1992 году добавление нитрида алюминия-галлия (AlGaN) и слоев нитрида галлия индия (GaInN) улучшило световую эффективность в десять раз. С тех пор эффективность снова выросла в десять раз. За свои усилия в этом развитии Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура были удостоены Нобелевской премии по физике 2014 года.

В одиночку синий светодиод ничего не значит. В наши дни чисто синие светодиоды в основном используются для кнопок питания или других наклеек и индикаторов. Изобретение синего светодиода не было важным, потому что он синий, это важно, потому что он позволил использовать белый светодиод.Когда горит красный светодиод. Зеленый светодиод и синий светодиод помещаются в непосредственной близости друг от друга, и свет рассеивается, в результате получается белый светодиод. А если горят только один или два светодиода, можно создать свет любого цвета. Другой метод создания белого света известен как регулировка спектра.

Регулировка спектра происходит, когда свет поглощается, а затем снова переизлучается. Таким образом можно изменить цвет и внешний вид света. Однако есть предостережение, что свет может быть смещен только на более длинные волны.Если бы материал был способен поглощать свет с длинной длиной волны и излучать такое же количество с более короткой длиной волны, это нарушило бы закон сохранения энергии. Вот почему было невозможно получить синий свет от других диодов. Однако на самом деле работает обратный процесс: если синий диод проходит через желтый люминофор, синий и желтый соединяются в белый свет, хорошо подходящий для повседневных задач.

До того, как светодиоды стали доступны в качестве домашних светильников, они служили индикаторами в устройствах и используются по сей день.Светодиоды в качестве индикаторов являются важным и мощным инструментом обучения для начинающих электронщиков: они обеспечивают немедленную обратную связь о том, правильно ли работает схема. Фактически, одна из первых программ, которую напишет любой, кто изучает платформу Arduino, называется «мигание», и все, что она делает, это мигает светодиодом.

Помимо домов и фар, светодиодные лампы начали проникать в городские офисы планирования. Благодаря своей эффективности и долгому сроку службы светодиодные уличные фонари начали постепенно использоваться во многих городах по всему миру, включая Сомервилль, Арлингтон и многие другие города Массачусетса.Светодиоды как свет — это то место, где за последние несколько лет произошел большой прорыв, поэтому главный вопрос сейчас заключается в том, во сколько устройств мы можем интегрировать светодиоды и как быстро мы можем интегрировать эти красивые формы освещения в инфраструктуру общества.

Теперь, когда светодиоды превзошли традиционные методы освещения с точки зрения срока службы и эффективности, они открыли шлюзы эффективности для других технологий, использующих свет. Например, ЖК-телевизорам когда-то требовались большие люминесцентные лампы, которые должны фильтроваться через ЖК-дисплей для вывода изображения на экран.Использование вместо них массива белых светодиодов не только резко снижает энергопотребление, но и позволяет создавать более контрастные экраны, фактически приглушая свет в определенных областях, а не просто фильтруя его.

Что касается экранов, то некоторые экраны полностью сделаны из органических светодиодов или органических светодиодов. В отличие от стандартных светодиодов, которые обычно имеют небольшую светоизлучающую площадь, OLED-светодиоды состоят из множества плоских листов, которые образуют полную поверхность, способную излучать свет. OLED-светодиоды уменьшают толщину устройств и позволяют использовать экраны, состоящие только из светодиодов — ЖК-фильтр не требуется.Хотя технологии и химический состав отличаются от обычных светодиодов, они по-прежнему актуальны как один из следующих больших рубежей светодиодов.

Процитируем статью об этом изобретении, получившую Нобелевскую премию: «Лампы накаливания зажгли ХХ век; 21 век будет освещен светодиодными лампами. «По сравнению с лампами накаливания светодиоды лучше почти во всех отношениях. У них меньше энергетический след, у них более длительный срок службы, и их можно поместить в меньшую упаковку. На свет приходится 19% энергии, которую использует весь мир, а на лампы накаливания эффективность только 5%.Если бы вся эта энергия пошла на лампы накаливания, это означало бы, что более 18% мировой энергии немедленно терялось бы в виде тепла. Это огромная сумма. Светодиоды дороже в создании и производстве, но они окупаются за счет экономии энергии в кратчайшие сроки.

Новые технологии часто борются с массовой адаптацией. Однако из-за короткого срока службы ламп накаливания процесс их вывода из эксплуатации намного проще, чем мог бы быть. По мере роста потребления энергии во всем мире интеграция этой технологии может стать ключом к сопротивлению.Синие светодиоды используются не только для освещения, они также появляются в новых экранах на основе светодиодов и OLED для телевизоров и телефонов. При ближайшем рассмотрении многих устройств светодиоды гораздо более распространены и имеют гораздо большее значение для повседневных технологий, чем можно было бы подумать.

  • Акасаки И. (2007). Ключевые изобретения в истории синих светодиодов на основе нитридов и LD 300 (1). DOI: 10.1016 / j.jcrysgro.2006.10.259
  • Аспенс Д.Э., Студна А.А. (1983). Диэлектрические функции и оптические параметры Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs и InSb от 1.От 5 до 6,0 эВ. Phys. Ред. B 27 (2). DOI: 10.1103 / PhysRevB.27.985
  • Бергстром, Л., Дельсинг, П., Л’Юилье, А., Инганас, О., Роуз, Дж., Синие светодиоды — наполняя мир новым светом. Получено из Шведской королевской академии наук
  • Холл, Р.Н., Феннер, Г.Э., Кингсли, Д.Д., Солтис, Т.Дж., Карлсон, Р.О. (). Когерентное излучение света из переходов GaAs. Phys. Rev. Letters 9 (9). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.9.366
  • Калиновск, Дж., Ди Марко, П., Фаттори, В., Джулетти, Л., Кокки, М., (1998). Эволюция спектров излучения органических светодиодов под действием напряжения. Журнал прикладной физики
    , 4242-4242. DOI: 10.1063 / 1.367181
  • Kamtekarm, K., Monkman, A., Bryce, M., (2009) Последние достижения в области белых органических светоизлучающих материалов и устройств (WOLED). Adv. Матер. 2010, 22, 572–582. DOI: 10.1002 / adma.200

    8

  • Park, J., Lee J.H., Raju, S.R., Moon, B.K., Jeong, J.H., Choi, B.C., Kim, J.H. (2014). Керамикс Интернэшнл, 40 (4).DOI: 10.1016 / j.ceramint.2013.11.007
  • Сато, Т., Имаи, М. (2002). Характеристики светодиодов на основе GaAsP, легированных азотом. Jpn. J. Appl. Phys. DOI: 10.1143 / JJAP.41.5995

Светоизлучающий диод — Энциклопедия Нового Света

Большой светодиодный экран на стадионе Дональда Рейнольдса Рэзорбэка в Фейетвилле, штат Арканзас.

Светоизлучающий диод (LED) — это полупроводниковое устройство, излучающее некогерентный узкоспектральный свет при электрическом смещении в прямом направлении.Этот эффект представляет собой форму электролюминесценции. Светодиоды представляют собой небольшие протяженные источники с дополнительной оптикой, добавленной к микросхеме, которая излучает сложное пространственное распределение интенсивности. Излучаемый свет может находиться в инфракрасной, видимой или близкой к ультрафиолетовой области спектра, в зависимости от состава и состояния используемого полупроводникового материала.

Светодиоды

имеют широкий спектр применения. Многие из них используются для различных знаков и сигналов, таких как светофоры, огни мотоциклов, световые полосы на машинах скорой помощи, огни кнопок лифта, индикаторы состояния на электронном оборудовании, знаки выхода и другие дисплеи сообщений.Для архитектурного освещения и рождественских гирлянд используются разные типы светодиодов. Инфракрасные светодиоды используются в пультах дистанционного управления для телевизоров и видеомагнитофонов. Некоторые светодиоды используются для фототерапии прыщей.

Синие, зеленые и красные светодиоды.

История

Рубин Браунштейн из Radio Corporation of America впервые сообщил об инфракрасном излучении арсенида галлия (GaAs) и других полупроводниковых сплавов в 1955 году. В 1961 году Боб Биард и Гэри Питтман из Texas Instruments обнаружили, что арсенид галлия (GaN) испускает инфракрасный свет, когда был приложен электрический ток.Биард и Питтман смогли установить приоритет своей работы и получили патент на инфракрасный светоизлучающий диод. В 1962 году Ник Холоньяк-младший из компании General Electric разработал первый практический светодиод видимого спектра.

Первые светодиоды стали коммерчески доступными в 1970-х годах, и почти все они были красными светодиодами. Они обычно использовались в качестве замены ламп накаливания и в семи сегментных дисплеях, сначала в дорогом оборудовании, таком как лабораторное и испытательное оборудование электроники, а затем в таких приборах, как телевизоры, радио, телефоны, калькуляторы и даже часы.Эти красные светодиоды были достаточно яркими только для использования в качестве индикаторов; светового потока было недостаточно для освещения местности. Позже, как указано здесь, другие цвета стали широко доступны, а также появились в приборах и оборудовании. По мере того, как химия светодиодов становилась более продвинутой, световой поток увеличивался, и светодиоды становились достаточно яркими, чтобы их можно было использовать для освещения.

Как указано здесь, большинство светодиодов были изготовлены в очень распространенных корпусах 5 мм T1-3 / 4 и 3 мм T1, но при более высокой мощности становилось все более необходимо избавляться от тепла, поэтому корпуса стали более сложными. и адаптирован для отвода тепла.

Светодиодные панели дисплея

Светодиодные панели позволяют использовать меньшие наборы сменных светодиодов для создания одного большого дисплея.

Существует два типа светодиодных панелей: обычные, использующие дискретные светодиоды, и панели для поверхностного монтажа (SMD). Большинство наружных экранов и некоторые внутренние экраны построены на дискретных светодиодах, также известных как индивидуально установленные светодиоды. Группа красных, зеленых и синих диодов объединяется, образуя полноцветный пиксель, обычно квадратной формы. Эти пиксели равномерно разнесены друг от друга и измеряются от центра к центру для получения абсолютного разрешения пикселей.Самый большой светодиодный экран в мире имеет длину более 1500 футов и расположен в Лас-Вегасе, штат Невада, на территории Fremont Street Experience.

Большинство внутренних экранов на рынке построено с использованием технологии SMD — тенденция, которая теперь распространяется и на наружный рынок. Пиксель SMD состоит из красных, зеленых и синих диодов, установленных на чипсете, который затем устанавливается на печатной плате драйвера. Отдельные диоды меньше булавочной головки и расположены очень близко друг к другу. Разница в том, что минимальное расстояние просмотра уменьшено на 25 процентов от дискретного диодного экрана с тем же разрешением.

Для использования в помещении обычно требуется экран, основанный на технологии SMD и имеющий минимальную яркость 600 кандел на квадратный метр (неофициально называемый нитами). Обычно этого более чем достаточно для корпоративных и розничных приложений, но в условиях высокой внешней яркости может потребоваться более высокая яркость для видимости. Модные показы и автомобильные шоу — два примера сценического освещения высокой яркости, для которого может потребоваться более высокая яркость светодиодов. И наоборот, когда экран может появиться в кадре телешоу, часто требуется более низкий уровень яркости и более низкие цветовые температуры (у обычных дисплеев точка белого составляет 6500-9000 Кельвинов (K), что намного синее, чем у обычных дисплеев. обычное освещение на телевизоре).

Для использования на открытом воздухе в большинстве ситуаций требуется не менее 2000 нит, тогда как типы с более высокой яркостью до 5000 нит даже лучше справляются с прямыми солнечными лучами на экране. До недавнего времени такой уровень яркости мог обеспечить только дискретный диодный экран. (При необходимости яркость светодиодных панелей может быть уменьшена с проектного максимума.)

Подходящие места для больших дисплеев определяются такими факторами, как прямая видимость, требования местных властей к планированию (если установка должна стать полупостоянной), доступ транспортных средств (грузовики с экраном, смонтированные на грузовиках экраны или краны) , прокладки кабелей для питания и видео (с учетом расстояния, а также требований к здоровью и безопасности), питания, пригодности грунта для расположения экрана (убедитесь, что нет труб, неглубоких канализаций, пещер или туннелей, которые могут не сможет выдерживать тяжелые грузы), а также препятствия над головой.

Ранняя история светодиодных плоских телевизоров

Возможно, первый зарегистрированный прототип плоского светодиодного экрана LED телевизионного экрана, который был разработан Джеймсом П. Митчеллом в 1977 году. Модульный масштабируемый дисплей был обеспечен светодиодами MV50 и новой технологией схемы адресации памяти TTL (транзисторной транзисторной логикой). . Прототип и бумага были представлены на инженерной выставке в Анахайме в мае 1978 года, организованной Научной службой в Вашингтоне, округ Колумбия. ЖК-телевизор с плоским экраном получил особое признание НАСА, General Motors Corporation и местных университетов, включая Калифорнийский университет Ирвина, Роберт М.Сондерс, профессор технических наук и президент IEEE 1977 года. Кроме того, представители технологического бизнеса из США и других стран стали свидетелями работы монохроматического светодиодного плоского телевизионного экрана. Опытный образец остается в рабочем состоянии. В прилагаемой научной статье также была представлена ​​матричная конструкция ЖК-дисплея (жидкокристаллического дисплея) в качестве будущего метода телевизионного отображения с использованием аналогичного метода проектирования сканирования.

Ранний прототип дисплея был монохромным красным. Недорогие синие светодиоды появились только в начале 1990-х годов, завершив цветовую триаду RGB.В 1990-е годы постепенно появились цвета высокой яркости, что позволило создать новые конструкции для наружных вывесок и огромных видеодисплеев для рекламных щитов и стадионов.

Мультитач

Учитывая, что светодиоды обладают некоторыми общими физическими свойствами с фотодиодами, которые также используют переходы p-n с энергиями запрещенной зоны в длинах волн видимого света, их также можно использовать для обнаружения фотографий. Эти свойства были известны в течение некоторого времени, но в последнее время в качестве метода сенсорного восприятия были предложены так называемые двунаправленные светодиодные матрицы.В 2003 году Дитц, Йеразунис и Ли опубликовали статью, в которой описывалось использование светодиодов в качестве дешевых сенсорных устройств.

При таком использовании различные светодиоды в матрице быстро включаются и выключаются. Горящие светодиоды светят на пальцы пользователя или стилус. Выключенные светодиоды работают как фотодиоды, обнаруживая отраженный свет от пальцев или стилуса. Напряжение, индуцированное таким образом в светодиодах с обратным смещением, затем может быть считано микропроцессором, который интерпретирует пики напряжения и затем использует их в другом месте.На сайте Джеффа Хана есть видео, демонстрирующее одну из таких реализаций сенсора multi-touch со светодиодной матрицей.

Светодиодная техника

Физическая функция

Светодиод — это уникальный тип полупроводникового диода. Как и обычный диод, он состоит из кристалла из полупроводникового материала, пропитанного или легированного , с примесями для создания p-n перехода . Как и в других диодах, ток легко течет от p-стороны или анода к n-стороне или катоду, но не в обратном направлении.Носители заряда — электроны и электронные дырки — поступают в переход от электродов с разным напряжением. Когда электрон встречает дыру, он попадает на более низкий энергетический уровень и выделяет энергию в виде фотона.

Длина волны излучаемого света и, следовательно, его цвет зависит от энергии запрещенной зоны материалов, образующих p-n переход . В кремниевых или германиевых диодах электроны и дырки рекомбинируют посредством безызлучательного перехода , который не производит оптического излучения, потому что это материалы с непрямой запрещенной зоной.Материалы, используемые для светодиода, имеют прямую запрещенную зону с энергией, соответствующей ближнему инфракрасному, видимому или ближнему ультрафиолетовому свету.

Светодиоды обычно горят постоянно, когда через них проходит ток, но также доступны мигающие светодиоды. Мигающие светодиоды похожи на стандартные светодиоды, но они содержат внутри небольшую микросхему, которая заставляет светодиод мигать с типичным периодом в одну секунду. Этот тип светодиода чаще всего бывает красного, желтого или зеленого цвета. Большинство мигающих светодиодов излучают свет с одной длиной волны, но доступны и многоцветные мигающие светодиоды.

Разработка светодиодов началась с инфракрасных и красных устройств, сделанных из арсенида галлия. Достижения в области материаловедения сделали возможным производство устройств с все более короткими длинами волн, излучающих свет различных цветов.

Светодиоды обычно строятся на подложке n-типа, с электродом, прикрепленным к слою p-типа, нанесенному на его поверхность. Подложки P-типа, хотя и менее распространены, также встречаются. Многие коммерческие светодиоды, особенно GaN / InGaN, также используют сапфировую подложку. Подложки, прозрачные для излучаемой длины волны и поддерживаемые отражающим слоем, увеличивают эффективность светодиода.Показатель преломления материала корпуса должен соответствовать показателю полупроводника, в противном случае произведенный свет частично отражается обратно в полупроводник, где он поглощается и превращается в дополнительное тепло.

Полупроводниковый чип заключен в твердую пластиковую линзу, которая намного прочнее, чем стеклянная оболочка традиционной лампочки или трубки. Пластик может быть цветным, но это только из косметических соображений или для улучшения контрастности; цвет упаковки существенно не влияет на цвет излучаемого света.

Обычные светодиоды изготавливаются из различных неорганических полупроводниковых материалов, воспроизводящих следующие цвета:

  • Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) — красный и инфракрасный
  • Фосфид алюминия-галлия (AlGaP) — зеленый
  • Алюминий, галлий, фосфид индия (AlGaInP) — оранжево-красный, оранжевый, желтый и зеленый высокой яркости.
  • Фосфид арсенида галлия (GaAsP) — красный, оранжево-красный, оранжевый и желтый
  • Фосфид галлия (GaP) — красный, желтый и зеленый
  • Нитрид галлия (GaN) — зеленый, чисто-зеленый (или изумрудно-зеленый) и синий также белый (если он имеет квантовый барьер AlGaN).
  • Нитрид индия-галлия (InGaN) — ближний ультрафиолетовый, голубовато-зеленый и синий
  • Карбид кремния (SiC) в качестве подложки — синий
  • Кремний (Si) в качестве подложки — синий (в разработке)
  • Сапфир (Al 2 O 3 ) в качестве подложки — синий
  • Селенид цинка (ZnSe) — синий
  • Бриллиант (C) — ультрафиолетовый
  • Нитрид алюминия (AlN), нитрид алюминия-галлия (AlGaN) — от ближнего до дальнего ультрафиолета (до 210 нанометров (нм))

Ультрафиолетовый, синий и белый светодиоды

Синие светодиоды созданы на основе широкозонных полупроводников GaN (нитрид галлия) и InGaN (нитрид индия-галлия).Их можно добавить к существующим красным и зеленым светодиодам для получения белого света, хотя белые светодиоды сегодня редко используют этот принцип.

Первые синие светодиоды были изготовлены в 1971 году Жаком Панковом (изобретателем светодиода из нитрида галлия) в лаборатории RCA. [1] Однако эти устройства были слишком слабыми, чтобы иметь какое-то практическое применение, и только в 1993 году синие светодиоды высокой яркости стали возможны благодаря работе Сюдзи Накамура из Nichia Corporation. [2]

К концу 1990-х годов стали широко доступны синие светодиоды.У них есть активная область, состоящая из одной или нескольких квантовых ям InGaN, зажатых между более толстыми слоями GaN, называемыми слоями оболочки. Изменяя относительную долю InN-GaN в квантовых ямах InGaN, световое излучение можно изменять от фиолетового до янтарного. Нитрид алюминия-галлия AlGaN с различной долей AlN может использоваться для изготовления слоев оболочки и квантовых ям для ультрафиолетовых светодиодов, но эти устройства еще не достигли уровня эффективности и технологической зрелости сине-зеленых устройств InGaN-GaN.Если активными слоями квантовой ямы является GaN, в отличие от легированного InGaN или AlGaN, устройство будет излучать ближний ультрафиолетовый свет с длинами волн около 350–370 нм. Зеленые светодиоды, изготовленные из системы InGaN-GaN, намного эффективнее и ярче, чем зеленые светодиоды, произведенные из систем без нитридных материалов.

Большинство «белых» светодиодов, производимых сегодня, основаны на структуре InGaN-GaN и излучают синий свет с длинами волн от 450 до 470 нм голубого GaN. Эти светодиоды на основе GaN с активным слоем InGaN покрыты желтоватым люминофорным покрытием, обычно изготовленным из кристаллов иттриево-алюминиевого граната, легированного церием (Ce 3+ : YAG), которые были измельчены и связаны в виде вязкого клея.Светодиодный чип излучает синий свет, часть которого эффективно преобразуется в широкий спектр с центром около 580 нм (желтый) с помощью Ce 3+ : YAG. Монокристаллическая форма Ce 3+ : YAG фактически считается сцинтиллятором, а не люминофором. Поскольку желтый свет стимулирует красные и зеленые рецепторы глаза, полученная смесь синего и желтого света дает вид белого цвета, получившийся оттенок часто называют «лунным белым». Этот подход был разработан компанией Nichia и использовался ими с 1996 года для производства белых светодиодов.

Бледно-желтое излучение Ce 3+ : YAG можно настроить, заменив церий другими редкоземельными элементами, такими как тербий и гадолиний, и даже можно дополнительно настроить, заменив часть или весь алюминий в YAG на галлий. Из-за спектральных характеристик диода красный и зеленый цвета объектов в его сине-желтом свете не такие яркие, как в свете широкого спектра. Варианты изготовления и разная толщина люминофора заставляют светодиоды излучать свет с разной цветовой температурой, от теплого желтоватого до холодного голубоватого; В процессе производства светодиоды необходимо сортировать по их фактическим характеристикам.Запатентованный Philips Lumileds процесс конформного покрытия решает проблему различной толщины люминофора, давая белым светодиодам более однородный спектр белого света.

Спектр «белого» светодиода четко показывает синий свет, который непосредственно излучается светодиодом на основе GaN (пик около 465 нанометров), и более широкополосный сток-смещенный свет, излучаемый люминофором Ce 3+ : YAG, который распространяется со всех сторон От 500 до 700 нанометров.

Белые светодиоды также могут быть изготовлены путем покрытия светодиодов, излучающих в ближнем ультрафиолете (NUV), смесью высокоэффективных красных и синих излучающих люминофоров на основе европия плюс зеленый излучающий медь и легированный алюминием сульфид цинка (ZnS: Cu, Al).Это метод, аналогичный тому, как работают люминесцентные лампы. Однако ультрафиолетовый свет вызывает фотодеградацию эпоксидной смолы и многих других материалов, используемых в корпусе светодиодов, что вызывает проблемы при производстве и сокращает срок службы. Этот метод менее эффективен, чем синий светодиод с люминофором YAG: Ce, поскольку стоксов сдвиг больше, и поэтому больше энергии преобразуется в тепло, но дает свет с лучшими спектральными характеристиками, которые лучше передают цвет. Из-за более высокой мощности излучения ультрафиолетовых светодиодов, чем синих, оба подхода обеспечивают сопоставимую яркость.

Новейший метод, используемый для производства светодиодов белого света, вообще не использует люминофор и основан на гомоэпитаксиально выращенном селениде цинка (ZnSe) на подложке из ZnSe, которая одновременно излучает синий свет из своей активной области и желтый свет из подложки.

Новая технология, только что разработанная Майклом Бауэрсом, аспирантом Университета Вандербильта в Нэшвилле, включает покрытие синего светодиода квантовыми точками, которые светятся белым в ответ на синий свет светодиода. Этот метод дает теплый желтовато-белый свет, похожий на свет от ламп накаливания. [3]

Светодиоды органические (OLED)

Комбинированные спектральные кривые для синих, желто-зеленых и красных твердотельных полупроводниковых светодиодов высокой яркости. Ширина спектральной полосы на полувысоте составляет примерно 24-27 нанометров для всех трех цветов.

Если материал излучающего слоя светодиода представляет собой органическое соединение, он известен как органический светоизлучающий диод (OLED). Чтобы функционировать как полупроводник, органический излучающий материал должен иметь сопряженные пи-связи. Излучающий материал может быть небольшой органической молекулой в кристаллической фазе или полимером.Полимерные материалы могут быть гибкими; такие светодиоды известны как PLED или FLED.

По сравнению с обычными светодиодами, светодиоды легче, а полимерные светодиоды могут иметь дополнительное преимущество в виде гибкости. Некоторыми возможными будущими применениями OLED могут быть:

  • Недорогие гибкие дисплеи
  • Источники света
  • Настенные украшения
  • Светящаяся ткань

С 2006 года OLED-светодиоды используются в небольших портативных цветных видеодисплеях, таких как экраны мобильных телефонов и цифровых камер, а также в пользовательских интерфейсах MP3-плееров.Были продемонстрированы цветные дисплеи с большим экраном, но их ожидаемый срок службы все еще слишком мал (менее 1000 часов (ч)), чтобы быть практичным.

Эксплуатационные параметры и эффективность

Большинство типичных светодиодов рассчитаны на работу с мощностью не более 30-60 милливатт. Примерно в 1999 году Philips Lumileds представила мощные светодиоды, способные работать непрерывно при мощности в один ватт. В этих светодиодах использовались полупроводниковые кристаллы гораздо большего размера, чтобы выдерживать большую потребляемую мощность. Кроме того, полупроводниковые кристаллы были установлены на металлических заглушках, чтобы обеспечить отвод тепла от кристалла светодиода.В 2002 году Lumileds выпустила 5-ваттные светодиоды с эффективностью 18–22 люмен на ватт (лм / Вт).

В сентябре 2003 года компания Cree, Inc. продемонстрировала новый тип синего светодиода, который дает 240 лм / Вт при 20 мА. Это произвело коммерчески упакованный белый свет, дающий 65 люмен на ватт при 20 мА, став самым ярким белым светодиодом, доступным на рынке в то время. В 2006 году они продемонстрировали прототип с рекордной эффективностью белого светодиода 131 лм / Вт при 20 мА. Кроме того, Seoul Semiconductor планирует достичь 135 лм / Вт к 2007 году и 145 лм / Вт к 2008 году.Компания Nichia Corp. разработала светодиод белого света с эффективностью 150 лм / Вт при прямом токе 20 мА.

Сегодня OLED работают с гораздо меньшей эффективностью, чем неорганические (кристаллические) светодиоды. Наилучшая эффективность OLED на данный момент составляет около 10 процентов от теоретического максимума 683, то есть около 68 лм / Вт. Они обещают быть намного дешевле в производстве, чем неорганические светодиоды, и большие массивы из них могут быть размещены на экране с помощью простых методов печати для создания цветного графического дисплея.

Виды отказа

Самый распространенный способ выхода из строя светодиодов (и диодных лазеров) — это постепенное снижение светоотдачи и потеря эффективности. Однако могут произойти и внезапные сбои.

Механизм деградации активной области, где происходит излучательная рекомбинация, включает зарождение и рост дислокаций; это требует наличия существующего дефекта в кристалле и ускоряется за счет тепла, высокой плотности тока и излучаемого света. Арсенид галлия и арсенид алюминия-галлия более восприимчивы к этому механизму, чем фосфид арсенида галлия, фосфид арсенида галлия индия и фосфид индия.Из-за различных свойств активных областей нитрид галлия и нитрид индия-галлия практически нечувствительны к этому виду дефектов; однако высокая плотность тока может вызывать электромиграцию атомов из активных областей, что приводит к появлению дислокаций и точечных дефектов, действующих как центры безызлучательной рекомбинации и выделяющих тепло вместо света. Ионизирующее излучение также может приводить к созданию таких дефектов, что приводит к проблемам с радиационной стойкостью цепей, содержащих светодиоды (например, в оптоизоляторах).Первые красные светодиоды отличались коротким сроком службы.

Белые светодиоды часто используют один или несколько люминофоров. Люминофоры имеют тенденцию разлагаться под воздействием тепла и старения, теряя эффективность и вызывая изменения цвета получаемого света.

Высокие электрические токи при повышенных температурах могут вызвать диффузию атомов металла от электродов в активную область. Некоторые материалы, особенно оксид индия, олова и серебро, подвержены электромиграции. В некоторых случаях, особенно в диодах GaN / InGaN, используется барьерный металлический слой, препятствующий эффектам электромиграции.Механические нагрузки, высокие токи и коррозионная среда могут привести к образованию усов, вызывающих короткое замыкание.

Мощные светодиоды подвержены скоплению тока, неоднородному распределению плотности тока по переходу. Это может привести к образованию локальных горячих точек, что создает риск теплового выхода из строя. Неоднородность основания, вызывающая локальную потерю теплопроводности, усугубляет ситуацию; наиболее распространенными являются пустоты, вызванные неполной пайкой или эффектами электромиграции и пустотами Киркендалла.Температурный выход из строя — частая причина выхода из строя светодиодов.

Лазерные диоды могут быть подвержены катастрофическим оптическим повреждениям, когда световой поток превышает критический уровень и вызывает плавление грани.

Некоторые материалы пластиковой упаковки желтеют при нагревании, вызывая частичное поглощение (и, следовательно, снижение эффективности) затронутых длин волн.

Внезапные отказы чаще всего вызваны термическими напряжениями. Когда эпоксидная смола, используемая в упаковке, достигает температуры стеклования, она начинает быстро расширяться, вызывая механические нагрузки на полупроводник и склеенный контакт, ослабляя его или даже отрывая.И наоборот, очень низкие температуры могут вызвать растрескивание упаковки.

Электростатический разряд (ESD) может вызвать немедленный выход из строя полупроводникового перехода, постоянное изменение его параметров или скрытое повреждение, вызывающее повышенную скорость деградации. Светодиоды и лазеры, выращенные на сапфировой подложке, более восприимчивы к повреждению электростатическим разрядом.

Рекомендации по использованию

Крупный план типичного светодиода в корпусе, показывающий внутреннюю структуру.

В отличие от ламп накаливания, которые загораются независимо от электрической полярности, светодиоды будут гореть только с положительной электрической полярностью.Когда напряжение на переходе p-n находится в правильном направлении, протекает значительный ток, и устройство называется с прямым смещением . Если напряжение неправильной полярности, устройство называется обратным смещением , протекает очень мало тока и свет не излучается. Светодиоды могут работать от переменного напряжения, но они будут гореть только при положительном напряжении, заставляя светодиод включаться и выключаться с частотой переменного тока.

Правильная полярность светодиода обычно определяется следующим образом:

знак: +
полярность: положительный отрицательный
терминал: анод катод
электропроводка: красный черный
отведений: длинный короткий
маркировка: нет полоса
контакт: 1 2
Печатная плата: кв. тур
интерьер: малый большой
Внешний вид: тур квартира

ПРИМЕЧАНИЕ: Ни внутренний, ни внешний метод определения полярности светодиода не является 100-процентным.Хотя длина штырей (выводов) является наиболее точным методом определения полярности, даже это обозначение иногда меняется на противоположное, и длину провода можно легко изменить.

Поскольку характеристики зависимости напряжения от тока у светодиода очень похожи на характеристики любого диода (т. Е. Ток примерно экспоненциально зависит от напряжения), небольшое изменение напряжения приводит к огромному изменению тока. В дополнение к отклонениям в процессе, это означает, что источник напряжения может едва загореться одним светодиодом, в то время как другой светодиод того же типа выходит за пределы его максимальных значений и потенциально может его разрушить.

Поскольку напряжение логарифмически связано с током, можно считать, что оно остается в основном постоянным во всем рабочем диапазоне светодиодов. Таким образом, мощность можно считать почти пропорциональной току. Чтобы попытаться сохранить мощность, близкую к постоянной при изменении характеристик источника питания и светодиода, источник питания должен быть «источником тока», то есть обеспечивать почти постоянный ток. Если высокий КПД не требуется (например, в большинстве индикаторных приложений), обычно используется приближение к источнику тока путем последовательного подключения светодиода с токоограничивающим резистором к источнику постоянного напряжения.

Большинство светодиодов имеют низкое номинальное напряжение обратного пробоя, поэтому они также могут быть повреждены приложенным обратным напряжением более нескольких вольт (В). Поскольку некоторые производители не соблюдают указанные выше стандарты индикаторов, по возможности следует ознакомиться с техническими данными перед подключением светодиода, или светодиод можно испытать последовательно с резистором на источнике достаточно низкого напряжения, чтобы избежать обратного пробоя. Если желательно управлять светодиодом напрямую от источника переменного тока, напряжение которого превышает обратное напряжение пробоя, то его можно защитить, разместив диод (или другой светодиод) в обратной параллели.

светодиода можно приобрести со встроенными последовательными резисторами. Это может сэкономить место на печатной плате и особенно полезно при создании прототипов или заполнении печатной платы способом, отличным от задуманного разработчиками. Однако номинал резистора устанавливается во время изготовления, что устраняет один из ключевых методов настройки яркости светодиодов. Для повышения эффективности (или для обеспечения возможности управления интенсивностью без сложного DAC) мощность может подаваться периодически или с перерывами; пока частота мерцания превышает порог слияния мерцаний человека, светодиод будет гореть постоянно.

При наличии достаточного напряжения несколько светодиодов могут быть подключены последовательно с одним ограничивающим резистором. Параллельная работа, как правило, проблематична. Чтобы иметь одинаковое прямое напряжение, светодиоды должны быть одного типа. Даже в этом случае изменения в производственном процессе могут снизить шансы на удовлетворительную работу.

Двухцветные светодиодные блоки содержат два диода, по одному в каждом направлении (то есть два диода в обратной параллели ) и каждый разного цвета (обычно красный и зеленый), что позволяет работать в двух цветах или в диапазоне видимых цветов. создается путем изменения процента времени, в течение которого напряжение находится в каждой полярности.Другие светодиодные блоки содержат два или более диодов (разных цветов), расположенных либо в конфигурации с общим анодом , либо с общим катодом . Они могут быть окрашены в разные цвета без изменения полярности.

Светодиодные блоки

могут иметь встроенную схему мультивибратора, которая заставляет светодиод мигать.

Как правило, для более новых стандартных светодиодов в корпусах диаметром 3 или 5 мм обычно измеряются следующие прямые падения напряжения постоянного тока. Прямое падение напряжения зависит от химического состава светодиода, температуры и силы тока (здесь значения для прибл.20 мА, обычно максимальное значение)

Инфракрасный — 1,6 В
Красный — 1,8–2,1 В
Оранжевый — 2,2 В
Желтый — 2,4 В
Зеленый — 2,6 В
Синий — 3,0–3,5 В (Белый такой же, как синий )
Ультрафиолет — 3,5 В

Многие светодиоды рассчитаны на максимальное обратное напряжение 5 В.

Преимущества использования светодиодов

  • Светодиоды излучают больше света на ватт, чем лампы накаливания. Это свойство полезно в устройствах с батарейным питанием.
  • Светодиоды
  • могут излучать свет заданного цвета без использования цветных фильтров, которые требуются для традиционных методов освещения.Это более эффективно и может снизить начальные затраты.
  • Прочная упаковка светодиода может быть сконструирована так, чтобы фокусировать его свет. Лампы накаливания и люминесцентные источники часто требуют внешнего отражателя для сбора и направления света.
  • При использовании в приложениях, где требуется диммирование, светодиоды не меняют свой цветовой оттенок, поскольку ток, проходящий через них, уменьшается, в отличие от ламп накаливания, которые желтеют.
  • Светодиоды
  • встроены в прочные корпуса, которые защищают их, в отличие от ламп накаливания и источников разряда, что делает их чрезвычайно прочными.
  • Светодиоды
  • имеют чрезвычайно долгий срок службы: более 100 000 часов, что в два раза дольше, чем у лучших люминесцентных ламп, и в двадцать раз дольше, чем у лучших ламп накаливания. (Лампы накаливания также могут работать очень долго, работая при более низком, чем обычно, напряжении, но только с огромными затратами на эффективность; светодиоды имеют долгий срок службы при работе на их номинальной мощности.)
  • Кроме того, светодиоды в основном выходят из строя из-за постепенного затемнения, а не из-за внезапного перегорания ламп накаливания.
  • Светодиоды
  • загораются очень быстро. Типичный красный индикаторный светодиод достигает полной яркости за микросекунды; Светодиоды, используемые в устройствах связи, могут иметь еще более быстрое время отклика.
  • Светодиоды
  • могут быть очень маленькими и легко устанавливаются на печатные платы.
Светодиоды производятся самых разных форм и размеров. Цилиндрическая упаковка диаметром 5 мм (красная, пятая слева) является наиболее распространенной, оценивается в 80 процентов мирового производства. Цвет пластиковой линзы часто совпадает с фактическим цветом излучаемого света, но не всегда.Например, фиолетовый пластик часто используется для инфракрасных светодиодов, а большинство синих устройств имеют прозрачные корпуса. Есть также светодиоды в очень крошечных корпусах, например, на светодиодах (не показаны).

Недостатки использования светодиодов

    Светодиоды
  • в настоящее время дороже по цене за люмен, чем более традиционные технологии освещения. Дополнительные расходы частично связаны с относительно низким световым потоком и необходимостью схемы привода и источников питания.
  • Характеристики светодиода
  • во многом зависят от температуры окружающей среды в рабочей среде.«Жесткое управление» светодиодом при высоких температурах окружающей среды может привести к перегреву корпуса светодиода, что в конечном итоге приведет к отказу устройства. Для обеспечения долгого срока службы требуется соответствующий теплоотвод. Это особенно важно при рассмотрении автомобильных, медицинских и военных приложений, где устройство должно работать в большом диапазоне температур и иметь низкий уровень отказов.
  • Светодиоды
  • требуют сложных настроек источника питания для эффективного управления. В индикаторных приложениях можно использовать простой последовательный резистор; тем не менее, это приводит к значительному снижению энергоэффективности.
  • Светодиоды
  • обычно излучают свет в одном направлении под узким углом по сравнению с лампами накаливания или люминесцентными лампами того же уровня люмена.

Светодиодные приложения

Источник света светодиодной панели, использованный в эксперименте по выращиванию растений. Результаты таких экспериментов могут быть использованы для выращивания пищи в космосе во время длительных миссий. Фонари и фонари, в которых используются белые светодиоды, становятся все более популярными из-за их долговечности и более длительного времени автономной работы. Один светодиод высокой яркости со стеклянной линзой создает яркий несущий луч, позволяющий передавать видео с качеством DVD на значительные расстояния.Устройство, Ronja, может быть построено энтузиастами очень просто.

Список светодиодных приложений

  • Архитектурное освещение
  • Индикаторы состояния на всякой технике
  • Светофоры и сигналы
  • Выходные знаки
  • Фонари для мотоциклов и велосипедов
  • Игрушки и товары для активного отдыха, например фонарик
  • Сигналы железнодорожных переездов
  • Индикаторы целостности
  • Фонари. Некоторые модели, в которых даже не используются батареи, относятся к этому типу
  • Световые полосы на машинах скорой помощи
  • Освещение кнопки лифта
  • Тонкие и легкие дисплеи сообщений в аэропортах и ​​на вокзалах, а также в качестве дисплеев пунктов назначения для поездов, автобусов, трамваев и паромов
  • Красные или желтые светодиоды используются в индикаторных и буквенно-цифровых дисплеях в средах, где необходимо сохранять ночное видение: кабины самолетов, подводные лодки и мосты кораблей, астрономические обсерватории, а также в полевых условиях, например, для наблюдения за животными в ночное время и использования в полевых условиях.
  • Красный, желтый, зеленый и синий светодиоды могут использоваться для моделей железных дорог
  • В пультах дистанционного управления, например для телевизоров и видеомагнитофонов, часто используются инфракрасные светодиоды.
  • В оптоволоконной связи и оптике свободного пространства
  • Точечно-матричные устройства для отображения сообщений
  • Glowlight, как более дорогая, но более долговечная и многоразовая альтернатива Glowsticks
  • Датчики движения, например, в оптических компьютерных мышах
  • Благодаря долгому сроку службы и быстрому переключению светодиоды в течение некоторого времени использовались для автомобильных стоп-сигналов, стоп-сигналов для грузовиков и автобусов, а также сигналов поворота, но теперь во многих высококлассных транспортных средствах светодиоды начинают использоваться полностью. задние фонари.Помимо повышения надежности, это дает преимущества в дизайне, поскольку светодиоды способны формировать гораздо более тонкие огни, чем лампы накаливания с параболическими отражателями. Значительное сокращение времени, необходимого для включения (возможно, на 0,5 секунды быстрее, чем у лампы накаливания), повышает безопасность, давая водителям больше времени для реакции.
  • Подсветка ЖК-телевизоров и дисплеев. Наличие светодиодов определенных цветов (RGB) позволяет использовать источник света полного спектра, который расширяет цветовую гамму на 45%.
  • Разрабатывается новое сценическое осветительное оборудование со светодиодными источниками в первичном красно-зелено-синем расположении
  • Lumalive, фотонный текстиль
  • Рождественские огни
  • на основе светодиодов доступны с 2002 года, но только сейчас начинают набирать популярность и признание из-за их более высокой начальной стоимости покупки по сравнению с аналогичными рождественскими огнями на основе ламп накаливания. Например, по состоянию на 2006 год набор из 50 ламп накаливания мог стоить 2 доллара США, в то время как аналогичный набор из 50 светодиодных ламп мог стоить 10 долларов.00 грн. Стоимость покупки может быть еще выше для одноцветных наборов светодиодных фонарей с редкими или недавно появившимися цветами, такими как фиолетовый, розовый или белый. Независимо от более высокой начальной закупочной цены, общая стоимость владения светодиодными рождественскими огнями в конечном итоге будет ниже, чем совокупная стоимость владения аналогичными рождественскими лампами накаливания, поскольку светодиоду требуется гораздо меньше энергии, чтобы излучать такое же количество света, как и аналогичная лампа накаливания.
  • Доказано, что светодиодная фототерапия
  • от прыщей с использованием синих или красных светодиодов значительно снижает количество прыщей за 3-месячный период.
  • В качестве источника опорного напряжения в электронных схемах. Постоянное падение напряжения (например, 1,7 В для обычного красного светодиода) можно использовать вместо стабилитрона в низковольтных стабилизаторах. Стабилитроны недоступны при напряжении ниже 3 В.

Освещение

светодиодов, используемых в качестве замены ламп накаливания и люминесцентных ламп, известны как твердотельное освещение (SSL) — они упакованы в виде кластера белых светодиодов, сгруппированных вместе, чтобы сформировать источник света (на фото).Светодиоды умеренно эффективны; средний коммерческий SSL в настоящее время дает 32 люмена на ватт (лм / Вт), а новые технологии обещают обеспечить до 80 лм / Вт. Длительный срок службы светодиодов делает SSL очень привлекательным. Они также более механически прочны, чем лампы накаливания и люминесцентные лампы. В настоящее время твердотельное освещение становится все более доступным для домашнего использования, но является относительно дорогим, хотя затраты на него снижаются. Однако светодиодные фонарики уже стали широко доступны.Недавно ряд производителей начали продавать сверхкомпактные ЖК-видеопроекторы, в которых в качестве источника света используются мощные белые светодиоды. Другой альтернативный вариант — использовать красный, зеленый и синий светодиоды в последовательной схеме DLP.

Лампы накаливания намного дешевле, но также менее эффективны: они производят от примерно 16 лм / Вт для отечественной вольфрамовой лампы до 22 лм / Вт для галогенной лампы. Люминесцентные лампы более эффективны, обеспечивая от 50 до 100 лм / Вт для бытовых ламп (в среднем 60 лм / Вт), но они громоздкие и хрупкие и требуют схем стартера или балласта, которые иногда слышно гудят.Компактные люминесцентные лампы с бесшумным встроенным балластом относительно надежны и эффективны и подходят для стандартных патронов для ламп. В настоящее время они являются лучшим выбором для эффективного домашнего освещения. КЛЛ по-прежнему издают тихое жужжание, а светодиоды полностью бесшумны.

Светодиоды теперь хорошо зарекомендовали себя в таких приложениях, как светофоры и сигнальные лампы для грузовых и легковых автомобилей. На рынке начинают появляться мощные светодиодные светильники, подходящие для общего архитектурного освещения, с системной эффективностью до 56 люмен на ватт, что сопоставимо с люминесцентными системами.Сторонники светодиодов ожидают, что технический прогресс снизит затраты, так что SSL заменит лампы накаливания и флуоресцентное освещение в большинстве коммерческих и жилых помещений.

Благодаря своей монохроматической природе, светодиодные фонари имеют большие преимущества по мощности по сравнению с белыми лампами, когда требуется определенный цвет. В отличие от традиционных белых огней, светодиод не требует покрытия или рассеивателя, которые могут поглощать большую часть излучаемого света. Светодиодные фонари по своей природе окрашены и доступны в широком диапазоне цветов.Один из последних представленных цветов — изумрудно-зеленый (голубовато-зеленый, около 500 нм), который отвечает требованиям законодательства для светофоров и навигационных огней.

Есть приложения, в которых специально требуется свет без синего компонента. Примерами являются безопасное освещение для фотолаборатории, освещение в лабораториях, где используются определенные светочувствительные химические вещества, и ситуации, в которых необходимо сохранить адаптацию к темноте (ночное видение), например, освещение кабины и мостика, обсерваторий и т. Д.Желтые светодиоды — хороший выбор для удовлетворения этих особых требований, потому что человеческий глаз более чувствителен к желтому свету (около 500 лм / ватт, излучаемый ), чем свет, излучаемый другими светодиодами.

Первой резиденцией, освещенной исключительно светодиодами, была «Вос Пад» в Лондоне. Вся квартира освещена комбинацией белых и RGB (меняющих цвет) светодиодов.

См. Также

Банкноты

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  • Калиновский, Янв.2004. Органические светодиоды: принципы, характеристики и процессы . Оптическая инженерия. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 0824759478.
  • Миллс, Эван. Призрак освещения на основе топлива, Science 308 (2005): 1263-1264.
  • Шуберт, Э. Фред. 2006. Светодиоды . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521865387.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 6 июля 2018 г.

Источники света / освещения:

Естественные / доисторические источники света:

Биолюминесценция | Небесные объекты | Молния

Источники света горения:

Ацетиленовые / карбидные лампы | Свечи | Лампы Дэви | Огонь | Газовое освещение | Керосиновые лампы | Фонари | Limelights | Масляные лампы | Светильники

Ядерные / химические источники света прямого действия:

Betalights / Trasers | Хемолюминесценция (световые палочки)

Источники электрического света:

Дуговые лампы | Лампы накаливания | Люминесцентные лампы

Разрядные источники света высокой интенсивности:

Керамические разрядные металлогалогенные лампы | Лампы HMI | Лампы ртутно-паровые | Металлогалогенные лампы | Натриевые лампы | Ксеноновые дуговые лампы

Прочие источники электрического света:

Электролюминесцентные (EL) лампы | Глобар | Индуктивное освещение | Дискретные светодиоды / твердотельное освещение (светодиоды) | Неоновые и аргоновые лампы | Лампа Нернста | Серная лампа | Ксеноновые лампы-вспышки | Свечи Яблочкова

Кредиты

Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедия Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

.
Где используют светодиоды: Интернет-магазин товаров Arlight: светодиодные ленты, блоки питания, светодиодные светильники

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *