Світлодіоди. Характеристики. Достоїнства і недоліки.

  1. Що таке світлодіоди
  2. Як роблять світлодіоди
  3. види світлодіодів
  4. індикаторні світлодіоди
  5. освітлювальні світлодіоди
  6. характеристики світлодіодів
  7. Робочий струм світлодіодів
  8. напруга світлодіодів
  9. потужність світлодіодів
  10. Світлові характеристики світлодіодів - світловий потік, освітленість, світлова віддача і кут розсіювання
  11. Кольори світлодіодів. Колірна температура світлодіодів
  12. Преимущества та Недоліки світлодіодів як джерел освітлення

Світлодіоди - це кристали, виготовлені або "вирощені" з хімічних елементів на основі напівпровідників і поміщені в спеціальний для кожного виду світлодіодів корпус

1. Що являють собою світлодіоди. Принцип дії, позначення

2. Як виготовляють світлодіоди

3. типи світлодіодів

a.) індикаторні світлодіоди

b.) освітлювальні світлодіоди

4. характеристики світлодіодів

a.) Робочий струм світлодіодів

b.) напруга світлодіодів

c.) потужність світлодіодів

5. Світлодіоди - світлові характеристики

6. Колір світлодіодів. Світлова температура світлодіодів

7. Переваги та недоліки світлодіодів

Що таке світлодіоди

Світлодіоди - це кристали, виготовлені або вирощені з хімічних елементів на основі напівпровідників і поміщені в спеціальний для кожного виду світлодіодів корпус   1

Світлодіоди - позначення на схемі

Світлодіоди - це прилади, що випромінюють світло, виготовлені із застосуванням напівпровідникових матеріалів. Завдяки механізму полупроводімості і супутньої йому рекомбінації в місці контакту двох напівпровідників з різними типами провідності світлодіоди перетворюють електричний струм, по ним протікає, в світло, без додаткових перетворень.

Термін «рекомбінація» по відношенню до фізики напівпровідників означає зникнення пари вільних носіїв протилежного заряду з виділенням енергії.

Світлодіоди позначаються короткою абревіатурою буквами кирилиці - СД (світлодіод), або СІД (світловипромінювальних діод), або ж латинськими буквами LED (Light Emitting Diode - з англійської «світловипромінювальних діод»).

Як роблять світлодіоди

Як роблять світлодіоди

Світлодіоди - це кристали, вирощені або нарощённие з хімічних елементів на основі напівпровідників і поміщені в спеціальний для кожного виду світлодіодів корпус. Технології виготовлення світлодіодів різняться в залежності від виду світлодіода. Виготовляють світлодіоди з додаванням різних хімічних елементів - напівпровідників, неполупроводнікових металів і їх з'єднань і легуючих, тобто надають складу певні характеристики, домішок.

Процес виготовлення світлодіодів виглядає, приблизно, в такий спосіб:

Пластини, службовці як підкладку майбутніх кристалів світлодіодів, поміщають в спеціальну герметичну камеру. Такі пластини виготовлені із зручних для нарощування світлодіодів матеріалів, наприклад, зі штучного сапфіра, у якого відповідна для цього кристалічна решітка. Після того, як пластину поміщають в герметичну камеру, цю камеру заповнюють сумішшю газоподібних хімічних речовин на основі напівпровідників і легуючих добавок. Середина такої камери починають нагрівати. В процесі цього нагріву хімічні елементи, що знаходяться до цього в газоподібному стані, осідають на пластинах.

Процес триває кілька годин і за цей час на підкладці нарощується кілька десятків шарів загальною товщиною лише кілька мікрон. Відмінність в товщині пластини до і після нарощування не помітне на око.

Потім за допомогою трафарету на пластину напилюється золоті контакти, після чого її розрізають на дрібні частини. Кожна така частина - це окремий кристал світлодіода зі своїми контактами. Розміри її дуже малі, і розгледіти її в деталях можна лише під мікроскопом.

На наступному етапі готові кристали вставляють в корпус і в разі потреби покривають шаром люмінофора. Який саме корпус і яка саме кількість кристалів в нього вставлять залежить від того, де і як даний світлодіод буде використовуватися в подальшому.

Всі світлодіоди відрізняються один від одного як відбитки пальців - немає двох ідентичних за своїми характеристиками світлодіодів. Тому на наступному етапі відбувається сортування світлодіодів по двом-трьом сотням параметрів, для того щоб відібрати найбільш близькі один одному по потужності, формі, кольоровій температурі і іншим характеристикам світлодіоди.

Потім світлодіоди перевіряють на працездатність на випробувальних стендах, а лише потім з них виготовляють світлодіодні лампи, стрічки або використовують в інших сферах застосування.

види світлодіодів

Існує багато видів світлодіодів. Перш за все світлодіоди поділяються по застосуванню. В основному по застосуванню світлодіоди поділяються на два види - індикаторні світлодіоди і освітлювальні світлодіоди. Ще світлодіоди поділяються за способом монтажу на монтажну плату. Індикаторні й освітлювальні світлодіоди монтуються різними способами.

індикаторні світлодіоди

Індикаторні світлодіоди (Натисніть для збільшення)

Індикаторні світлодіоди зазвичай ставляться до DIP типу світлодіодів (Dual In-line Package) або називається по-іншому - DIL (Dual In-Line - англ. Подвійне розміщення в лінію). Також цей спосіб монтажу іменується PHT (Plating Through Holes - англ. Через отвір плати). Катод (-) короткий висновок, анод (+) довгий висновок двухпінового індикаторного світлодіода.

До індикаторним можна віднести і світлодіоди типу - Super Flux (зазвичай перекладають як сверхяркие), звані також - піранья. Це світлодіоди різних кольорів в квадратному прозорому корпусі з чотирма висновками. Використовуються такі світлодіоди в автомобілях, світловій рекламі, декоративного підсвічування.

Використовуються такі світлодіоди в автомобілях, світловій рекламі, декоративного підсвічування

Світлодіоди "Super Flux" - Піранья (Натисніть для збільшення)

Індикаторні світлодіоди, як зрозуміло з їх назви, використовуються для індикації роботи різних приладів і апаратів. Наприклад, вогник на панелі телевізора - це робота індикаторного світлодіода.

Індикаторні світлодіоди, що випромінюють невидимий оку інфрачервоне світло, застосовуються в пультах дистанційного керування. Також індикаторні світлодіоди застосовуються в автомобілях. світлофорах, для підсвічування LED моніторів і екранів. Окремо виділяються OLED (Organic Light Emitting Diode), так звані органічні світлодіоди, на основі дії яких здійснюється не просто підсвічування рідкокристалічних екранів, а повністю робота OLED моніторів і телевізорів.

освітлювальні світлодіоди

Для освітлення застосовують світлодіоди, що випромінюють біле світло. Зазвичай вони поділяються на випромінюючі холодний білий, просто білий і теплий білий кольори. Для отримання випромінювання білого світла застосовується RGB технологія (див. Колірна температура цветодіодов ). Мабуть, це найбільш дешевий і поширений метод, але при його використанні погіршується індекс передачі кольору світильників, тобто при такому освітленні змінюються для зорового сприйняття кольору освітлюваних предметів.

Інший метод отримання білого світла полягає в тому, що світлодіод, що випромінює невидимий оку ультрафіолет, покривається трьома видами люмінофора, які випромінюють при їх порушенні блакитний, зелений і червоний кольори. При змішуванні цих кольорів знову-таки виходить випромінювання білого світла.

У третьому варіанті на блакитний світлодіод наносять два види люмінофора, випромінюючих жовтий і зелений або червоний і зелений кольори, в результаті чого і отримують білий свет.Во другому і в третьому варіантах виходить така собі модифікація люмінесцентної лампи.

Во другому і в третьому варіантах виходить така собі модифікація люмінесцентної лампи

SMD світлодіоди (Натисніть для збільшення)

За способом монтажу освітлювальні світлодіоди бувають SMD типу (Surface Mounted Device - англ. Прилад. Монтуємий на поверхню).

SMD світлодіод складається з підкладки. яка може грати роль тепловідводу, якщо виготовляється з відповідних матеріалів, наприклад, алюмінію або міді. На підкладці розташовується кристал світлодіода, припаяний своїми контактами до контактів корпусу, в якому міститься підкладка.

Зверху кристал закритий лінзою або люмінофором, в залежності від застосування діода. І вже на контакти корпусу подається напруга, коли SMD світлодіод вмонтований в прожектор, в стельовий світильник , На світлодіодну лампу або світлодіодну стрічку. На підкладці можуть розташовуватися один, два або три світлодіода і відповідну кількість висновків контактів знову-таки в залежності від того, як світлодіод буде застосовуватися.

COB світлодіоди (Натисніть для збільшення)

Крім SMD типу існують світлодіоди COB типу (Chip On Board - англ. Чіп на платі). На одній платі-підкладці, що служить теплоотводом, припаивается велика кількість кристалів, і всі вони покриваються суцільним шаром люмінофора відповідного складу. Виходить один великий світлодіод з відповідною яскравістю. Така технологія дозволяє спростити і здешевити виготовлення світлодіодних ламп , А також отримати більший світловий потік з меншої площі в порівнянні з SMD світлодіодами.

Світлодіоди COB зручно використовувати для освітлення, для чого вони практично і так використовуються. SMD ж світлодіоди можуть застосовуватися не тільки для освітлення, але і як індикаторні або декоративні. Лампа на SMD світлодіодах більш ремонтно придатна - можна замінити один перегоріли світлодіод, а в лампі на COB світлодіодах доведеться замінити всю плату-підкладку. До того ж лампи на COB світлодіодах дають простір для дій недобросовісних виробників - покупець не може візуально визначити кількість кристалів і співвіднести їх із заявленими характеристиками лампи.

характеристики світлодіодів

Основні характеристики світлодіодів - це робочий струм, напруга, потужність, світловий потік, сила світла (ефективність), колірна температура, габарити і кут розсіювання.

Робочий струм світлодіодів

Світлодіоди працюють тільки від певної сили струму. Ця характеристика найбільш важлива для працездатності світлодіода. Якщо світлодіод розрахований на робочий струм в 0,02 а, то навіть невелике перевищення цієї величини призведе до швидкої деградації світлодіода і виходу його з ладу. Трохи вище перевищення сили струму веде до миттєвого перегорання світлодіода. Робочий струм світлодіодів різний - більш потужні світлодіоди працюють на більш високому струмі. У світлодіодних лампах і світильниках встановлені драйвера, що дають саме ту величину струму, яка потрібна для світлодіодів, встановлених в цих приладах. Якщо ж потрібно підключити світлодіод окремо, то необхідно знати характеристики цього світлодіода, щоб обмежити струм відповідним драйвером, струмообмежувальним резистором або конденсатором.

напруга світлодіодів

Робоча напруга світлодіодів залежить від напівпровідників та інших хімічних елементів, використаних при виготовленні цих світлодіодів. Так як застосування різних типів матеріалів для виготовлення існуючих видів світлодіодів веде до випромінювання світла різних кольорів, то робоча напруга можна визначити за кольором світлодіода. Або, кажучи іншими словами, світлодіоди різних кольорів мають різний робоча напруга.

Для живлення світлодіодних стрічок і світильників зазвичай використовуються драйвера, що дають на виході 12 вольт постійного струму. Якщо живити від такого джерела живлення ланцюжок з послідовно з'єднаних світлодіодів з робочою напругою 3 вольта, виключивши в цьому прикладі падіння напруги на струмообмежуючі резистор, то така послідовна ланцюг може складатися тільки з чотирьох світлодіодів. П'ятий світлодіод, якщо включити його в цей ланцюг, працювати не буде. Кожен з світлодіодів, грубо кажучи, забирає з 12 вольт харчування по 3 вольта.

Цю характеристику світлодіода називають напругою падіння. В даному випадку у кожного з світлодіодів напруга падіння становить 3 вольта. Іншими словами, падіння напруги - це напруга, що виникає на висновках світлодіода при протіканні через нього прямого робочого струму. Цю характеристику іноді і називають робочою напругою світлодіода. Хоча, строго кажучи, таких характеристик, як напруги живлення або робоча напруга, у світлодіода, як і у будь-якого діода, немає. А є лише такі поняття, як падіння напруги і робочий струм.

потужність світлодіодів

Потужність світлодіода залежить від його робочого струму і падіння напруги на ньому. Падіння напруги різних світлодіодів коливається в діапазоні, приблизно, 1,5 - 4 вольта. Робочий струм індикаторних і малопотужних світлодіодів зазвичай становить 15 - 20 мА. Струм потужних освітлювальних світлодіодів може бути 150, 350, 750 мА і доходити до 1А.

При цьому необхідно пам'ятати, що застосування для світлодіодів такого великого струму веде до їх надмірного тепла, швидкої деградації і виходу з ладу. Щоб уникнути цього при харчуванні світлодіодів великим струмом, для підвищення їх яскравості, повинна використовуватися хороша система охолодження. Для цього застосовуються досить масивні радіатори з алюмінію або навіть міді, а в деяких випадках примусове обдування повітрям за допомогою вентилятора-кулера.

Гарне охолодження світлодіодів при їх роботі на великому струмі знижує ризик втрати їх працездатності, але не виключає його зовсім.

Щоб визначити потужність світлодіода необхідно помножити напрузі на силу струму. Якщо взяти максимальні для світлодіодів 4 вольта і 1 ампер, ми отримаємо найпотужніший світлодіод потужністю 4 Ватта. Причому це буде освітлювальний світлодіод, що працює від струму з нехарактерною, штучно завищеною для світлодіодів силою.

Тому потрібно розуміти, що, якщо розмова йде про 10 ватний або навіть 100 ватний светодиоде, то мається на увазі лампа або світильник, що складаються з декількох штук або десятків штук світлодіодів. Або ж мова йде про світлодіодним збірці, наприклад, COB типу. Іншими словами, 100 кристалів-світлодіодів, кожен потужністю 1 Ватт, припаиваются на єдину плату і заливаються шаром люмінофора. Так і виходить світлодіод потужністю 100 Ватт.

Світлові характеристики світлодіодів - світловий потік, освітленість, світлова віддача і кут розсіювання

Освітлювальні світлодіоди випускають більш потужний світловий потік при тому ж або меншому споживанні електричної енергії, що і інші джерела освітлення. Відповідно освітленість лампами і світильниками на світлодіодах будь-якого простору більш велика, ніж освітленість лампами розжарювання, люмінесцентними і іншими такої ж або більшої потужності. Природно і світлова віддача освітлювальних світлодіодів краще, тобто вони дають більшу кількість люмен (одиниць світлового потоку) на кожен ват своєї потужності.

З цими характеристиками світлодіодних ламп і світильників можуть посперечатися лише натрієві газорозрядні лампи низького і високого тиску і, в якійсь мірі, люмінесцентні лампи. Але треба розуміти, що всі ці відмінні якості світлодіодів мають широкий розкид в залежності від типів світлодіодів і якості їх виготовлення.

Така ж характеристика світлодіодів як кут розсіювання світла відрізняє їх від інших джерел випромінювання меншою величиною цього кута. Кут різних ламп без відбивача - 360 °, тобто вони висвітлюють навколишній простір на всі боки більш-менш рівномірно. Кут одного освітлювального світлодіода може становити 15-120 °. Для розширення кута розсіювання застосовується рассеивающая лінза. Якщо ж потрібно вузький кут розсіювання світлодіода, наприклад, для точкового - акцентного освітлення, то застосовується лінза збірна - звужує промінь світла.

Пучок світла, що випускається світлодіодом, нерівномірний по яскравості в межах кута розсіювання. Він найбільш яскравий в центрі і знижує яскравість у міру наближення до країв цього кута.

Для досягнення кута розсіювання в 360 ° робляться світлодіодні збірки з безлічі світлодіодів, що світять в різні боки, наприклад, такі як світлодіодні лампи типу «кукурудза».

Кольори світлодіодів. Колірна температура світлодіодів

Кольори світлодіодів можуть бути найрізноманітнішими - від основних кольорів до їх відтінків. Якщо ми говоримо про індикаторних DIP світлодіодах, то колірна температура не залежить від кольору корпусу світлодіода. Колір корпусу світлодіода лише показує яким кольором буде світити даний світлодіод. Колір світіння, тобто кольорова температура , Залежить від матеріалів, з яких виготовлений світлодіод. Застосування різних напівпровідників, легуючих добавок та інших хімічних елементів, а також різноманітні технології виробництва дозволяють отримати світлодіоди з різною колірною температурою. Є безліч видів світлодіодів в прозорому корпусі, колір світіння яких можна визначити, лише включивши світлодіод.

Існують також двоколірні світлодіоди, з двома контактами, як і у одноколірного світлодіода - анодом і катодом. Зміна кольорів в них відбувається при зміні полярності. Триколірні з двома анодами і загальним катодом об'єднують в себе два кристала різних кольорів. Залежно від того, на які контакти підключений до джерела живлення, світлодіод горить одним або іншим кольором. А при включенні обох квітів від їх змішання виходить третій колір. Найбільш поширене поєднання червоного і зеленого світлодіодів, при змішуванні дають жовтий колір.

Світлодіоди RGB типу (Red - червоний, Green - зелений, Blue - синій), як випливає з їх назви, складається з трьох кристалів, окремо дають червоний. зелений і синій кольори. При змішуванні цих кольорів через лінзу отримують білий світ, застосовуваний для освітлення. Такі світлодіоди можуть бути влаштовані так, щоб при управлінні через контролер вони могли давати кожен колір окремо або, при змішуванні кольорів, давати всі інші відтінки спектру. Наприклад, чотирьох-піновий індикаторний світлодіод з трьома катодами для кожного кристала окремо і одним загальним плюсовим висновком - анодом працює за таким принципом.

Преимущества та Недоліки світлодіодів як джерел освітлення

Преимущества освітлювальніх світлодіодів

  1. Мале споживання електричної енергії. Отримання приблизно тих же світлових характеристик, що і у інших джерел освітлення досягається за меншою витратою електроенергії.
  2. Заявлений виробниками довгий термін служби в діапазоні, приблизно, від 30 000 до 100 000 годин. Це від 3,5 до 11,5 років при постійній роботі або від 10 років до 34 років при роботі 8 годин на добу.
  3. Висока світловіддача. Світлодіоди, в залежності від типу, дають від 10 до 250 люменів світлового потоку на кожен ват своєї потужності.
  4. Відсутність отруйних парів ртуті.

Недоліки освітлювальних світлодіодів

  1. Дуже висока ціна у якісних світлодіодів від відомих виробників. Низькі фактичні характеристики у неякісних світлодіодів від невідомих виробників і при цьому недостатньо низька ціна в порівнянні з лампою розжарювання.
  2. Гарантія відомих виробників на якісні світлодіоди від 3 до 5 років на відміну від заявленого терміну служби - до 11 років при постійній роботі. Термін же окупності якісної світлодіодної лампи - 5 років.
  3. Ефект високочастотного мерехтіння при використанні дешевих світлодіодних збірок за рахунок економії на системі електроживлення.
  4. Для живлення світлодіодів необхідно застосовувати драйвера або інші джерела живлення. А для стабільної і довгої служби світлодіодів необхідно застосовувати якісні, а значить дорогі джерела живлення. Гарантійний термін служби цих джерел живлення може бути і нижче, ніж термін служби світлодіодів, що значно здорожує їх обслуговування.
  5. Застосування диммеров -Регулятор для зміни освітленості можливо не для всіх видів світлодіодних ламп. Пристрій цих регуляторів більш складно, ніж пристрій регуляторів для ламп розжарювання, а значить вони дорожчі. Іноді значно дорожчі.
  6. Існують світлодіоди, що випромінюють біле світло з різною колірною температурою, приблизно, від 3 500 - до 7 000 К. Маркетингові назви - теплий білий світ, білий світ, холодне біле світло - не завжди точно відповідають фактичним характеристикам. Тому багатьом людям реальний світ світлодіодної лампи може бути неприємний і діє на них дратівливо.
  7. Малий кут розсіювання. Світлодіоди дають спрямоване світло і для отримання звичної освітленості може знадобитися більше світильників.
  8. Не існує двох однакових світлодіодів, з однаковими характеристиками. Якщо кілька десятків або навіть сотень однотипних ламп розжарювання або ламп інших видів , При включенні будуть світити абсолютно однаково, то зі світлодіодами все зовсім не так. Всі світлові характеристики однакових світлодіодів трохи розрізняються, відповідно розрізняються і зібрані з них світлодіодні лампи. При включенні в мережу кожна лампа буде випромінювати світло відмінний за своїми параметрами від інших однотипних світлодіодних ламп. Світловий потік, освітленість, колірна температура і інші характеристики будуть трохи різні навіть в одній партії ламп одного виробника. Якщо ж при заміні перегорілих ламп будуть використані лампи з іншої партії і тим більше іншого виробництва, то відмінності в їх світіння будуть ще більш кидатися в очі. Виходить що домогтися рівномірного і однакового освітлення за допомогою світлодіодів дуже проблематично.
  9. З приводу гучного відмови від ламп розжарювання на користь світлодіодів. Якщо повсюдно заборонити лампи розжарювання і застосовувати для освітлення тільки світлодіоди для економії електроенергії, то електрокомпаніі просто підвищать ціну на електроенергію, щоб не втрачати прибутки. А ми будемо споживати менше, і платити більше і при цьому додатково купувати дорогі світлодіодні лампи.

Світлодіоди - надзвичайно корисні і цікаві джерела світла. Їх застосування в більшості випадків виправдано, а в деяких випадках просто необхідно. Але замінити всі інші освітлювальні пристрої вони не в змозі і повинні застосовуватися в наших будинках поряд з ними.

А ось і така думка існує про світлодіодах.

Ви можете Прочитати записи на схожі тими в рубріці - освітлення

Вам в пристрої Зручного Будинки! З повагою www.natrix-el.kz

Рекомендуємо Прочитати

© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008