RGB LED og hvitt lys. Supersterke hvite lysdioder. Hva kan du lage av lysdioder med egne hender?

Introduksjon

Effektivitet

Lyseffektivitet, målt i lumen per watt (lm/W, lm/W) er en verdi som brukes til å bestemme effektiviteten ved å konvertere energi (i vårt tilfelle elektrisk) til lys. Konvensjonelle glødepærer fungerer i området 10-15 lm/W. For flere år siden var standard LED-effektivitetsverdi omtrent 30 lm/W. Men innen 2006 hadde effektiviteten til hvite LED-er mer enn doblet seg: en av de ledende produsentene, Cree, var i stand til å demonstrere 70 lm/W i prototyper, noe som representerer en 43 prosent økning i forhold til maksimal lumeneffekt for deres produksjon av hvite LED-er. I desember 2006 annonserte Nichia nye hvite lysdioder med en oppnådd lyseffektivitet på 150 lm/W. Disse prøvene viste en lysstrøm på 9,4 lm med en fargetemperatur på 4600 K ved en strømstyrke på 20 mA under laboratorieforhold. Den oppgitte effektiviteten er omtrent 11,5 ganger høyere enn for glødelamper (13 lm/W), 1,7 ganger høyere enn for moderne lysrør (90 lm/W). Dessuten overskrides indikatoren for høytrykksnatriumlamper (132 lumen/watt), som er den best effektive lyskilden blant tradisjonelle lamper.

Fordeler

Solid State Light (SSL) er fortsatt ikke godt kjent, til tross for mangfoldet av måter det kan produseres og implementeres gjennom LED. De fleste bedrifter og designere er bare kjent med tradisjonell analog hvit belysning, uten å virkelig vurdere de fordelaktige og nyttige alternativene som leveres av LED. I tillegg til de lett forutsigbare fordelene som kan oppnås fra solid-state LED-belysning (energibesparelser, lang levetid, etc.), bør du være oppmerksom på følgende spesifikke egenskaper ved LED som nye hvite lyskilder:

• lav varmeutvikling og lav forsyningsspenning (garantier høy level sikkerhet);
• fravær av en glasspære (bestemmer svært høy mekanisk styrke og pålitelighet);
• ingen oppvarming eller høy startspenning når den er slått på;
• treghetsfri på/av (reaksjon< 100 нс);
• ingen DC/AC-omformer nødvendig;
• absolutt kontroll (justering av lysstyrke og farge over hele det dynamiske området);
• fullt spekter av utsendt lys (eller, om nødvendig, et spesialisert spektrum);
• innebygd lysfordeling;
• kompakthet og enkel installasjon;
• fravær av ultrafiolett og annen helseskadelig stråling;
• Ingen farlige stoffer som kvikksølv brukes.

Hvordan få hvitt lys med LED?

Svart er fraværet av alle farger. Når lys fra alle deler av fargespekteret er overlagret (det vil si at alle farger er tilstede), virker den kombinerte blandingen hvit. Dette er det såkalte polykromatiske hvite lyset. Primærfargene som alle nyanser kan hentes fra er rød, grønn og blå (RGB). Sekundærfarger, også kalt komplementærfarger: syrin (en blanding av rødt og blått); blå (en blanding av grønn og blå); og gul (en blanding av rødt og grønt). Enhver komplementærfarge og den motsatte primærfargen gir også hvitt lys (gult og blått, cyan og rødt, lilla og grønt).

Eksistere ulike måter mottar hvitt lys fra LED.

Den første er fargeblanding ved hjelp av RGB-teknologi. Røde, blå og grønne lysdioder er tett plassert på en matrise, hvis stråling blandes ved hjelp av et optisk system, for eksempel en linse. Resultatet er hvitt lys. En annen, mindre vanlig tilnærming blander primære og sekundære LED-farger for å produsere hvitt lys.

I den andre metoden påføres en gul (eller grønn pluss rød) fosfor til en blå LED, noe som resulterer i at to eller tre emisjoner blandes for å danne hvitt eller nesten hvitt lys.

Den tredje metoden er at tre fosfor påføres overflaten av en LED som sender ut i det ultrafiolette området, og sender ut henholdsvis blått, grønt og rødt lys. Det ligner på hvordan et lysrør lyser.

Den fjerde metoden for å produsere hvitt lys ved hjelp av lysdioder er basert på bruk av en ZnSe-halvleder. Strukturen er en blå ZnSe LED "grodd" på et ZnSe-substrat. Det aktive området av lederen sender ut blått lys, og underlaget sender ut gult lys.

Hvilken metode er bedre?

Hver av dem har sine egne fordeler og ulemper. Fargeblandingsteknologi tillater i prinsippet ikke bare å oppnå hvitt, men også å bevege seg langs fargekartet når strømmen går gjennom forskjellige lysdioder endres. Denne prosessen kan styres manuelt eller gjennom et spesielt program. På samme måte er det mulig å oppnå forskjellige fargetemperaturer. Derfor er RGB-matriser mye brukt i dynamiske lyssystemer. I tillegg gir et stort antall lysdioder i matrisen høy total lysstrøm og høy aksial lysstyrke. Men lysflekken, på grunn av aberrasjoner i det optiske systemet, har en annen farge i midten og på kantene, og viktigst av alt, på grunn av ujevn varmefjerning fra kantene på matrisen og fra midten, varmes LED-ene opp annerledes , og følgelig endres fargen deres annerledes under aldringsprosessen, den totale fargetemperaturen og fargen "flyter" under bruk. Dette ubehagelige fenomenet er ganske vanskelig og dyrt å kompensere for.

Hvite lysdioder med fosfor (fosforkonverterte lysdioder) er betydelig billigere enn RGB LED-matriser (beregnet per enhet lysstrøm) og gir god hvit farge. Og for dem er det i prinsippet ikke noe problem å komme til poenget med koordinater (X = 0,33, Y = 0,33) på CIE-fargediagrammet. Ulempene er som følger: For det første har de mindre lysutbytte enn RGB-matriser på grunn av omdannelsen av lys i fosforlaget; for det andre er det ganske vanskelig å nøyaktig kontrollere ensartetheten av fosforpåføring i den teknologiske prosessen (som et resultat blir fargetemperaturen ikke kontrollert); og for det tredje eldes også fosforet, raskere enn selve LED-en.

Hvite ZnSe-lysdioder har flere fordeler. De opererer på 2,7V og er svært motstandsdyktige mot statisk utladning. ZnSe LED-er kan sende ut lys over et mye bredere område av fargetemperaturer enn GaN-baserte enheter (3500-8500K sammenlignet med 6000-8500K). Dette lar deg lage enheter med en "varmere" glød, som foretrekkes av amerikanere og europeere. Det er også ulemper: selv om ZnSe-baserte emittere har et høyt kvanteutbytte, er de kortvarige, har høy elektrisk motstand og har ennå ikke funnet kommersiell anvendelse.

applikasjon

Fargerik temperatur

La oss vurdere emisjonsspekteret til en hvit LED med en fosfor som en kilde til polykromatisk lys. Hvite lysdioder lar deg velge mellom et bredt utvalg av farger fra "varme" hvit glødelamper for å "kjøle" lysstoffrør, avhengig av bruksområde.

Dette diagrammet viser hele spekteret av hvitt fra det varmere området på 2800 K, til det kjølige blåhvite området på 9000 K. Mange nyanser av hvitt er allerede bestemt av de ulike lyskildene som brukes i miljøet rundt oss: kontor, kjølig blåaktig -hvitt lys fra fluorescerende lamper; innenlands, gulhvitt lys fra glødelamper; det industrielle, strålende blå-hvite lyset fra kvikksølvlamper; gul-hvitt lys fra utendørs høytrykksnatriumlamper.

De er laget på grunnlag av en blå krystall (InGaN) og en gul fosfor, som lar deg konvertere blå stråling til hvit. Med denne teknologien oppnås et større lysutbytte og det er også økonomisk fordelaktig. Selve begrepet "Luminophor" kommer fra det latinske lumen - lys og den greske phoros - bærer. Under påvirkning av ulike typer eksitasjoner begynner dette stoffet å gløde. For å lage hvite lysdioder brukes en gul fosfor - dette er en modifisert yttriumaluminiumgranat dopet med trivalent cerium. På denne måten oppnås et luminescensspektrum med en maksimal bølgelengde på 530..560 nm. For å få en LED med kaldt lys tilsettes galliumtilsetninger til fosforet, og med mørkt lys tilsettes Gadolinium. På sin side bruker globale produsenter av lysdioder fosfor med følgende parametere i produksjonen:

1 Bølgelengde for fosforutslipp maksimalt
2 Dominant bølgelengde for fosforutslipp
3 Korrelert fargetemperatur for LED-utslipp

Og i denne tabellen kan du finne ut ved lysstrøm:

La oss se på eksemplet med en strømverdi på 350 mA. Ved denne verdien er lysstrømmen fra den originale blålyskrystallen 11,5 lm, og med en fosfor basert på samme krystall vil den være 3 ganger større (ca. 34,5 lm). I praksis viser det seg at i forskjellige versjoner av hvite lysdioder med fosfor kan forholdet mellom den resulterende hvite lysfluksen og den originale blå nå opp til 5, og som regel er det i de fleste lysdioder fra kjente selskaper. har en verdi på minst 4, som indikerer kvaliteten på fosforet og graden av samsvar med egenskapene til den originale blå krystallen.

Men også ved bruk av fosfor er det tap av optisk kraft under overgangen fra blått til hvitt lys. Tap kan nå opptil 25 % ved forskjellige strømtettheter. Dette kan skyldes tap direkte under re-emisjon av fosforet, eller endringer i spektralsammensetningen til den blå krystallstrålingen når strømmen endres.

Fosfornedbrytning i hvite lysdioder

Ødeleggelsen (degraderingen) av fosforet er forårsaket av drift av LED-en med en feil eller forstyrret varmefjerningsprosess. En slik effekt på fosforet kan bare føre til en reduksjon i lysstyrken til LED-en, samt en endring i skyggen av gløden. Et tegn på alvorlig nedbrytning av fosforet er en tydelig blå fargetone av gløden, fordi spekteret begynner å bli dominert av LED-krystallens egen stråling.

Det er to vanlige måter å oppnå hvitt lys med tilstrekkelig intensitet ved å bruke LED. Den første er kombinasjonen av brikker av tre primærfarger - rød, grønn og blå - i ett LED-hus. Ved å blande disse fargene oppnås hvit i tillegg, ved å endre intensiteten til primærfargene, oppnås en hvilken som helst fargenyanse, som brukes i produksjonen. Den andre måten er å bruke en fosfor for å konvertere strålingen fra en blå eller ultrafiolett LED til hvit. Et lignende prinsipp brukes i lysrør. For øyeblikket råder den andre metoden på grunn av den lave kostnaden og større lyseffekten til fosfor-LED.

Fosforer

Fosforer (begrepet kommer fra det latinske lumen - lys og det greske phoros - bærer) er stoffer som kan gløde under påvirkning av ulike typer eksitasjoner. Basert på eksiteringsmetoden er det fotoluminoforer, røntgenfosforer, radioluminoforer, katodoluminoforer og elektroluminoforer. Noen fosfor kommer i blandede eksitasjonstyper, for eksempel foto-, katode- og elektroluminofor ZnS·Cu. Basert på deres kjemiske struktur, skiller de mellom organiske fosforer - organoluminoforer, og uorganiske - fosforer. Fosforer som har en krystallinsk struktur kalles krystallofosforer. Forholdet mellom utsendt energi og absorbert energi kalles kvanteeffektivitet.

Gløden til en fosfor bestemmes både av egenskapene til hovedstoffet og av tilstedeværelsen av en aktivator (urenhet). Aktivatoren lager luminescenssentre i hovedstoffet (basen). Navnet på aktivert fosfor består av navnet på basen og aktivatoren, for eksempel: ZnS·Cu,Co betyr ZnS-fosfor aktivert med kobber og kobolt. Hvis basen er blandet, vises navnene på basene først, og deretter aktivatorene, for eksempel ZnS, CdS Cu, Co.

Utseendet til luminescerende egenskaper i uorganiske stoffer er assosiert med dannelsen av en fosforbase i krystallgitteret under syntesen av strukturelle og urenhetsdefekter. Energien som eksiterer fosforet kan absorberes både av luminescerende sentre (aktivator eller urenhetsabsorpsjon) og av fosforbasen (fundamental absorpsjon). I det første tilfellet ledsages absorpsjon enten av overgangen av elektroner inne i elektronskallet til høyere energinivåer, eller av fullstendig fjerning av et elektron fra aktivatoren (et "hull" dannes). I det andre tilfellet, når energi absorberes av basen, dannes hull og elektroner i hovedstoffet. Hull kan migrere gjennom krystallen og bli lokalisert ved luminescenssentre. Emisjon skjer som et resultat av retur av elektroner til lavere energinivåer eller rekombinasjon av et elektron med et hull.

Fosforer der luminescens er assosiert med dannelse og rekombinasjon av motsatte ladninger (elektroner og hull) kalles rekombinasjonsfosforer. De er basert på tilkoblinger av halvledertype. I disse fosforene er basens krystallgitter mediet der luminescensprosessen utvikler seg. Dette gjør det mulig, ved å endre sammensetningen av basen, å variere egenskapene til fosforen mye. Endring av båndgapet ved bruk av samme aktivator endrer jevnt spektralsammensetningen til strålingen over et bredt område. Avhengig av applikasjonen er det ulike krav til parametrene til fosforet: eksitasjonstype, eksitasjonsspektrum, emisjonsspekter, utslippseffekt, tidskarakteristikk (glødestigetid og etterglødevarighet). Den største variasjonen av parametere kan oppnås med krystallfosfor ved å endre aktivatorene og sammensetningen av basen.

Eksitasjonsspekteret til forskjellige fotoluminoforer er bredt, fra kortbølget ultrafiolett til infrarødt. Emisjonsspekteret er også i de synlige, infrarøde eller ultrafiolette områdene. Emisjonsspekteret kan være bredt eller smalt og avhenger sterkt av konsentrasjonen av fosfor og aktivator, samt temperatur. I følge Stokes-Lommel-regelen forskyves maksimum av utslippsspekteret fra maksimum av absorpsjonsspekteret mot lange bølger. I tillegg har utslippsspekteret vanligvis en betydelig bredde. Dette forklares av det faktum at en del av energien som absorberes av fosforet spres i gitteret og blir til varme. En spesiell plass er okkupert av "anti-Stokes" fosfor, som avgir energi i et høyere område av spekteret.

Energiutgangen til fosforstrålingen avhenger av eksitasjonstypen, dens spektrum og konverteringsmekanismen. Den avtar med økende konsentrasjon av fosforet og aktivatoren (konsentrasjonsslukking) og temperatur (temperaturslukking). Lysstyrken til gløden øker fra begynnelsen av eksitasjonen i varierende tidsrom. Varigheten av ettergløden bestemmes av transformasjonens natur og levetiden til den eksiterte tilstanden. Organoluminoforer har kortest etterglødetid, krystallfosfor har lengst.

En betydelig del av krystallfosfor er halvledermaterialer med et båndgap på 1-10 eV, hvis luminescens er forårsaket av en aktivatorurenhet eller krystallgitterdefekter. Fluorescerende lamper bruker blandinger av krystallfosfor, for eksempel blandinger av MgWO4 og (ZnBe)2 SiO4·Mn] eller enkomponent-fosfor, for eksempel kalsiumhalofosfat aktivert av Sb og Mn. Fosfor for belysningsformål velges slik at deres glød har en spektral sammensetning nær spekteret av dagslys.

Organisk fosfor kan ha høyt utbytte og rask respons. Fargen på fosforet kan velges for enhver synlig del av spekteret. De brukes til selvlysende analyse, produksjon av selvlysende maling, skilt, optisk lysgjøring av tekstiler, etc. Organiske fosforer ble produsert i USSR under merkenavnet luminors.

Under drift er fosforet utsatt for endringer i parametere over tid. Denne prosessen kalles fosforaldring (nedbrytning). Aldring er hovedsakelig forårsaket av fysiske og kjemiske prosesser både i fosforlaget og på overflaten, fremveksten av ikke-strålende sentre og absorpsjon av stråling i det endrede fosforlaget.

Fosfor i LED

Hvite lysdioder er oftest laget med en blå InGaN-krystall og en gul fosfor. De gule fosforene som brukes av de fleste produsenter er modifisert yttrium aluminium granat dopet med trivalent cerium (YAG). Luminescensspekteret til denne fosforen er preget av en maksimal bølgelengde på 530..560 nm. Langbølgedelen av spekteret er lengre enn kortbølgedelen. Modifisering av fosforet med gadolinium- og galliumtilsetningsstoffer lar deg flytte maksimalt av spekteret til det kalde området (gallium) eller til det varme området (gadolinium).

Spektraldataene til fosforen brukt i Cree er interessante. Ut fra spekteret å dømme, har i tillegg til YAG, en fosfor med et emisjonsmaksimum forskjøvet til det røde området blitt lagt til fosforsammensetningen til den hvite LED-en.

I motsetning til lysstoffrør har fosforet som brukes i lysdioder lengre levetid, og aldring av fosfor bestemmes hovedsakelig av temperatur. Fosforen påføres oftest direkte på LED-krystallen, som blir veldig varm. Andre faktorer som påvirker fosforet er av mye mindre betydning for levetiden. Aldring av fosfor fører ikke bare til en reduksjon i lysstyrken til LED, men også til en endring i skyggen av gløden. Ved alvorlig nedbrytning av fosforet er en blå nyanse av gløden tydelig synlig. Dette skyldes en endring i egenskapene til fosforet, og det faktum at LED-brikkens egen stråling begynner å dominere i spekteret. Med introduksjonen av teknologi (fjern-fosfor) reduseres temperaturens innflytelse på hastigheten på fosfornedbrytningen.

Tidene da lysdioder bare ble brukt som indikatorer for å slå på enheter er for lengst forbi. Moderne LED-enheter kan fullstendig erstatte glødelamper i husholdning, industri og. Dette forenkles av de ulike egenskapene til LED-er, og vite hvilken du kan velge riktig LED-analog. Bruken av lysdioder, gitt deres grunnleggende parametere, åpner for et vell av muligheter innen belysning.

En lysemitterende diode (betegnet som LED, LED, LED på engelsk) er en enhet basert på en kunstig halvlederkrystall. Når en elektrisk strøm føres gjennom den, skapes fenomenet utslipp av fotoner, som fører til en glød. Denne gløden har et veldig smalt spektralområde, og fargen avhenger av halvledermaterialet.

Lysdioder med rød og gul emisjon er laget av uorganiske halvledermaterialer basert på galliumarsenid, grønne og blå er laget på basis av indiumgalliumnitrid. For å øke lysstyrken til lysstrømmen brukes forskjellige tilsetningsstoffer eller flerlagsmetoden, når et lag med rent aluminiumnitrid legges mellom halvledere. Som et resultat av dannelsen av flere elektron-hull (p-n) overganger i en krystall, øker lysstyrken til gløden.

Det finnes to typer lysdioder: for indikasjon og belysning. Førstnevnte brukes til å indikere inkludering av forskjellige enheter i nettverket, og også som kilder til dekorativ belysning. De er fargede dioder plassert i en gjennomskinnelig kasse, hver av dem har fire terminaler. Enheter som sender ut infrarødt lys brukes i enheter for fjernkontroll av enheter (fjernkontroll).

I belysningsområdet brukes LED som sender ut hvitt lys. LED er klassifisert etter farge i kjølig hvit, nøytral hvit og varm hvit. Det er en klassifisering av lysdioder som brukes til belysning i henhold til installasjonsmetoden. SMD LED-betegnelsen betyr at enheten består av et aluminium- eller kobbersubstrat som diodekrystallen er plassert på. Selve underlaget er plassert i et hus, hvis kontakter er koblet til kontaktene til lysdioden.

En annen type LED er betegnet OCB. I en slik enhet er mange krystaller belagt med fosfor plassert på ett bord. Takket være dette designet oppnås en høy lysstyrke på gløden. Denne teknologien brukes i produksjon med stor lysstrøm på et relativt lite område. Dette gjør i sin tur produksjonen av LED-lamper til den mest tilgjengelige og rimelige.

Merk! Ved å sammenligne lamper på SMD- og COB-LED-er, kan det bemerkes at førstnevnte kan repareres ved å erstatte en mislykket LED. Hvis en COB LED-lampe ikke fungerer, må du bytte hele brettet med dioder.

LED-egenskaper

Når du velger en passende LED-lampe for belysning, bør du ta hensyn til parametrene til LED-ene. Disse inkluderer forsyningsspenning, effekt, driftsstrøm, effektivitet (lyseffekt), glødetemperatur (farge), strålingsvinkel, dimensjoner, nedbrytningsperiode. Når du kjenner til de grunnleggende parametrene, vil det være mulig å enkelt velge enheter for å oppnå et bestemt belysningsresultat.

LED strømforbruk

Som regel er det gitt en strøm på 0,02A for konvensjonelle lysdioder. Imidlertid er det lysdioder vurdert til 0,08A. Disse LED-ene inkluderer kraftigere enheter som bruker fire krystaller. De ligger i én bygning. Siden hver av krystallene bruker 0,02A, vil totalt én enhet forbruke 0,08A.

Stabiliteten til LED-enheter avhenger av gjeldende verdi. Selv en liten økning i strømmen bidrar til å redusere strålingsintensiteten (aldring) av krystallen og øke fargetemperaturen. Dette fører til slutt til at LED-ene blir blå og svikter for tidlig. Og hvis strømmen øker betydelig, brenner LED-en umiddelbart ut.

For å begrense strømforbruket inkluderer designene til LED-lamper og armaturer strømstabilisatorer for LED (drivere). De konverterer strømmen, og bringer den til verdien som kreves av LED-ene. I tilfelle du trenger å koble en separat LED til nettverket, må du bruke strømbegrensende motstander. Motstandsmotstanden for en LED beregnes under hensyntagen til dens spesifikke egenskaper.

Nyttige råd! For å velge riktig motstand kan du bruke LED-motstandskalkulatoren som er tilgjengelig på Internett.

LED spenning

Hvordan finne ut LED-spenningen? Faktum er at lysdioder ikke har en forsyningsspenningsparameter som sådan. I stedet brukes spenningsfallskarakteristikken til LED-en, som betyr mengden spenning LED-en sender ut når merkestrømmen går gjennom den. Spenningsverdien som er angitt på emballasjen gjenspeiler spenningsfallet. Når du kjenner denne verdien, kan du bestemme spenningen som gjenstår på krystallen. Det er denne verdien som tas med i beregningene.

Gitt bruken av forskjellige halvledere for lysdioder, kan spenningen for hver av dem være forskjellig. Hvordan finne ut hvor mange volt en LED er? Du kan bestemme det etter fargen på enhetene. For eksempel, for blå, grønne og hvite krystaller er spenningen omtrent 3V, for gule og røde krystaller er den fra 1,8 til 2,4V.

Når du bruker en parallellkobling av lysdioder med identiske klassifiseringer med en spenningsverdi på 2V, kan du støte på følgende: Som et resultat av variasjoner i parametere vil noen emitterende dioder svikte (brenne ut), mens andre vil lyse veldig svakt. Dette vil skje på grunn av det faktum at når spenningen øker med 0,1V, øker strømmen som går gjennom LED-en med 1,5 ganger. Derfor er det så viktig å sikre at strømmen samsvarer med LED-klassifiseringen.

Lyseffekt, strålevinkel og LED-effekt

Lysstrømmen til dioder sammenlignes med andre lyskilder, tatt i betraktning styrken på strålingen de sender ut. Enheter som måler omtrent 5 mm i diameter produserer fra 1 til 5 lumen lys. Mens lysstrømmen til en 100W glødelampe er 1000 lm. Men når man sammenligner, er det nødvendig å ta hensyn til at en vanlig lampe har diffust lys, mens en LED har retningslys. Derfor må det tas hensyn til spredningsvinkelen til lysdiodene.

Spredningsvinkelen til forskjellige lysdioder kan variere fra 20 til 120 grader. Når de er opplyst, produserer LED-lyset sterkere lys i midten og reduserer belysningen mot kantene av spredningsvinkelen. Dermed lyser lysdioder opp en bestemt plass bedre mens de bruker mindre strøm. Men hvis det er nødvendig å øke belysningsområdet, brukes divergerende linser i utformingen av lampen.

Hvordan bestemme kraften til lysdioder? For å bestemme kraften til en LED-lampe som kreves for å erstatte en glødelampe, er det nødvendig å bruke en koeffisient på 8. Dermed kan du erstatte en konvensjonell 100W-lampe med en LED-enhet med en effekt på minst 12,5W (100W/8) ). For enkelhets skyld kan du bruke dataene fra korrespondansetabellen mellom kraften til glødelamper og LED-lyskilder:

Når du bruker LED for belysning, er effektivitetsindikatoren veldig viktig, som bestemmes av forholdet mellom lysstrøm (lm) og effekt (W). Ved å sammenligne disse parameterne for forskjellige lyskilder finner vi at effektiviteten til en glødelampe er 10-12 lm/W, en lysrør er 35-40 lm/W, og en LED-lampe er 130-140 lm/W.

Fargetemperatur på LED-kilder

En av de viktige parameterne til LED-kilder er glødetemperaturen. Måleenhetene for denne mengden er grader Kelvin (K). Det skal bemerkes at alle lyskilder er delt inn i tre klasser i henhold til deres glødetemperatur, blant annet varmhvitt har en fargetemperatur på mindre enn 3300 K, dagslyshvitt - fra 3300 til 5300 K og kjølig hvitt over 5300 K.

Merk! Den komfortable oppfatningen av LED-stråling av det menneskelige øyet avhenger direkte av fargetemperaturen til LED-kilden.

Fargetemperaturen er vanligvis angitt på merkingen av LED-lamper. Det er betegnet med et firesifret tall og bokstaven K. Valget av LED-lamper med en viss fargetemperatur avhenger direkte av egenskapene til bruken til belysning. Tabellen nedenfor viser alternativer for bruk av LED-kilder med forskjellige glødetemperaturer:

Fargens bølgenatur gjør at fargetemperaturen til lysdioder kan uttrykkes ved hjelp av bølgelengde. Merkingen av enkelte LED-enheter reflekterer fargetemperaturen nøyaktig i form av et intervall med forskjellige bølgelengder. Bølgelengden er betegnet λ og måles i nanometer (nm).

Standardstørrelser på SMD LED og deres egenskaper

Med tanke på størrelsen på SMD-lysdioder, er enheter klassifisert i grupper med forskjellige egenskaper. De mest populære lysdiodene med standardstørrelser er 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 og 5630. Egenskapene til SMD-lysdioder varierer avhengig av størrelsen. Dermed er forskjellige typer SMD LED-er forskjellige i lysstyrke, fargetemperatur og effekt. I LED-markeringer indikerer de to første sifrene lengden og bredden på enheten.

Grunnleggende parametere for SMD 2835 lysdioder

Hovedkarakteristikkene til SMD LED 2835 inkluderer et økt strålingsområde. Sammenlignet med SMD 3528-enheten, som har en rund arbeidsflate, har SMD 2835-strålingsområdet en rektangulær form, noe som bidrar til større lysutbytte med en mindre elementhøyde (ca. 0,8 mm). Lysstrømmen til en slik enhet er 50 lm.

SMD 2835 LED-huset er laget av varmebestandig polymer og tåler temperaturer opp til 240°C. Det skal bemerkes at strålingsdegraderingen i disse elementene er mindre enn 5 % over 3000 timers drift. I tillegg har enheten en ganske lav termisk motstand av krystall-substrat-krysset (4 C/W). Maksimal driftsstrøm er 0,18A, krystalltemperaturen er 130°C.

Basert på fargen på gløden er det varmhvit med en glødetemperatur på 4000 K, daghvit - 4800 K, ren hvit - fra 5000 til 5800 K og kald hvit med en fargetemperatur på 6500-7500 K. Det er verdt bemerker at den maksimale lysstrømmen er for enheter med kjølig hvit glød, minimum er for varmhvite lysdioder. Utformingen av enheten har forstørrede kontaktputer, som fremmer bedre varmespredning.

Nyttige råd! SMD 2835 LED kan brukes til alle typer installasjoner.

Kjennetegn på SMD 5050 LED

SMD 5050-husdesignet inneholder tre lysdioder av samme type. LED-kilder med blå, røde og grønne farger har tekniske egenskaper som ligner på SMD 3528-krystaller. Driftsstrømmen til hver av de tre lysdiodene er 0,02A, derfor er den totale strømmen til hele enheten 0,06A. For å sikre at lysdiodene ikke svikter, anbefales det å ikke overskride denne verdien.

LED-enheter SMD 5050 har en fremspenning på 3-3,3V og en lyseffekt (nettstrøm) på 18-21 lm. Effekten til en LED er summen av tre effektverdier for hver krystall (0,7 W) og utgjør 0,21 W. Fargen på gløden som sendes ut av enhetene kan være hvit i alle nyanser, grønn, blå, gul og flerfarget.

Det nære arrangementet av lysdioder i forskjellige farger i én SMD 5050-pakke gjorde det mulig å implementere flerfargede lysdioder med separat kontroll av hver farge. For å regulere armaturer ved hjelp av SMD 5050 LED-er, brukes kontrollere, slik at fargen på gløden kan endres jevnt fra den ene til den andre etter en gitt tid. Vanligvis har slike enheter flere kontrollmoduser og kan justere lysstyrken på lysdiodene.

Typiske egenskaper for SMD 5730 LED

SMD 5730 LED er moderne representanter for LED-enheter, hvis hus har geometriske dimensjoner på 5,7x3 mm. De tilhører ultra-lyse lysdioder, hvis egenskaper er stabile og kvalitativt forskjellige fra parametrene til forgjengerne. Produsert med nye materialer, er disse LED-ene preget av økt kraft og svært effektiv lysstrøm. I tillegg kan de fungere under forhold med høy luftfuktighet, er motstandsdyktige mot temperaturendringer og vibrasjoner, og har lang levetid.

Det er to typer enheter: SMD 5730-0,5 med en effekt på 0,5 W og SMD 5730-1 med en effekt på 1 W. Særpreget trekk enheter er muligheten for deres drift på pulserende strøm. Merkestrømmen til SMD 5730-0,5 er 0,15A under pulsdrift, enheten tåler strøm opp til 0,18A. Denne typen LED gir en lysstrøm på opptil 45 lm.

SMD 5730-1 lysdioder fungerer med en konstant strøm på 0,35A, i pulsmodus - opptil 0,8A. Lyseffekteffektiviteten til en slik enhet kan være opptil 110 lm. Takket være den varmebestandige polymeren tåler enhetens kropp temperaturer opp til 250°C. Spredningsvinkelen for begge typer SMD 5730 er 120 grader. Graden av lysfluksdegradering er mindre enn 1 % ved drift i 3000 timer.

Cree LED-spesifikasjoner

Cree-selskapet (USA) er engasjert i utvikling og produksjon av ultralyse og kraftigste lysdioder. En av Cree LED-gruppene er representert av Xlamp-serien med enheter, som er delt inn i enkeltbrikke og multibrikke. En av funksjonene til enkeltbrikkekilder er fordelingen av stråling langs kantene på enheten. Denne innovasjonen gjorde det mulig å produsere lamper med stor lysvinkel ved å bruke et minimum antall krystaller.

I XQ-E High Intensity-serien med LED-kilder varierer strålevinkelen fra 100 til 145 grader. Med små geometriske dimensjoner på 1,6x1,6 mm, er kraften til ultralyse LED-er 3 volt, og lysstrømmen er 330 lm. Dette er en av de nyeste utviklingene fra Cree. Alle lysdioder, hvis design er utviklet på basis av en enkelt krystall, har høykvalitets fargegjengivelse innenfor CRE 70-90.

Relatert artikkel:

Hvordan lage eller reparere en LED-krans selv. Priser og hovedegenskaper til de mest populære modellene.

Cree har gitt ut flere versjoner av multi-chip LED-enheter med de nyeste strømtypene fra 6 til 72 volt. Multichip LED er delt inn i tre grupper, som inkluderer enheter med høy spenning, effekt opp til 4W og over 4W. Kilder opp til 4W inneholder 6 krystaller i MX- og ML-typehus. Spredningsvinkelen er 120 grader. Du kan kjøpe Cree LED-er av denne typen med hvite varme og kalde glødfarger.

Nyttige råd! Til tross for den høye påliteligheten og kvaliteten på lyset, kan du kjøpe kraftige lysdioder i MX- og ML-serien til en relativt lav pris.

Gruppen over 4W inkluderer lysdioder laget av flere krystaller. De største i gruppen er 25W-enhetene representert av MT-G-serien. Selskapets nye produkt er XHP modell LED. En av de store LED-enhetene har en 7x7 mm kropp, kraften er 12W, og lyseffekten er 1710 lm. Høyspent LED kombinerer små dimensjoner og høy lyseffekt.

LED-koblingsskjemaer

Det er visse regler for tilkobling av lysdioder. Tatt i betraktning at strømmen som går gjennom enheten bare beveger seg i én retning, for langsiktig og stabil drift av LED-enheter er det viktig å ta hensyn til ikke bare en viss spenning, men også den optimale strømverdien.

Tilkoblingsskjema for LED til 220V nettverk

Avhengig av strømkilden som brukes, er det to typer kretser for tilkobling av lysdioder til 220V. I ett av tilfellene brukes den med begrenset strøm, i den andre - en spesiell som stabiliserer spenningen. Det første alternativet tar hensyn til bruken av en spesiell kilde med en viss strømstyrke. En motstand er ikke nødvendig i denne kretsen, og antall tilkoblede lysdioder er begrenset av driveren.

For å angi lysdioder i diagrammet, brukes to typer piktogrammer. Over hvert skjematisk bilde er det to små parallelle piler som peker oppover. De symboliserer den lyse gløden til LED-enheten. Før du kobler lysdioden til 220V ved hjelp av en strømforsyning, må du inkludere en motstand i kretsen. Hvis denne betingelsen ikke er oppfylt, vil dette føre til at levetiden til LED-en vil bli betydelig redusert eller den vil rett og slett mislykkes.

Hvis du bruker en strømforsyning når du kobler til, vil bare spenningen i kretsen være stabil. Med tanke på den lave interne motstanden til en LED-enhet, vil det å slå den på uten strømbegrenser føre til at enheten brenner ut. Det er derfor en tilsvarende motstand introduseres i LED-svitsjekretsen. Det skal bemerkes at motstander kommer i forskjellige verdier, så de må beregnes riktig.

Nyttige råd! Det negative aspektet ved kretser for å koble en LED til et 220 Volt nettverk ved hjelp av en motstand er spredningen av høy effekt når det er nødvendig å koble en last med økt strømforbruk. I dette tilfellet erstattes motstanden med en slukkekondensator.

Hvordan beregne motstanden for en LED

Når du beregner motstanden for en LED, styres de av formelen:

U = IxR,

hvor U er spenning, I er strøm, R er motstand (Ohms lov). La oss si at du må koble til en LED med følgende parametere: 3V - spenning og 0,02A - strøm. Slik at når du kobler en LED til 5 Volt på strømforsyningen, den ikke svikter, må du fjerne den ekstra 2V (5-3 = 2V). For å gjøre dette må du inkludere en motstand med en viss motstand i kretsen, som beregnes ved hjelp av Ohms lov:

R = U/I.

Dermed vil forholdet mellom 2V og 0,02A være 100 Ohm, dvs. Dette er akkurat motstanden som trengs.

Det skjer ofte at, gitt parameterne til LED-ene, har motstanden til motstanden en verdi som ikke er standard for enheten. Slike strømbegrensere kan ikke finnes på salgssteder, for eksempel 128 eller 112,8 ohm. Da bør du bruke motstander hvis motstand er den nærmeste verdien sammenlignet med den beregnede. I dette tilfellet vil LED-ene ikke fungere med full kapasitet, men bare ved 90-97%, men dette vil være usynlig for øyet og vil ha en positiv effekt på enhetens levetid.

Det finnes mange alternativer for LED-kalkulatorer på Internett. De tar hensyn til hovedparametrene: spenningsfall, nominell strøm, utgangsspenning, antall enheter i kretsen. Ved å spesifisere parametrene til LED-enheter og strømkilder i skjemafeltet, kan du finne ut de tilsvarende egenskapene til motstander. For å bestemme motstanden til fargekodede strømbegrensere finnes det også online beregninger av motstander for lysdioder.

Opplegg for parallell- og seriekobling av lysdioder

Ved montering av strukturer fra flere LED-enheter brukes kretser for tilkobling av LED til et 220 Volt nettverk med seriell eller parallell tilkobling. Samtidig, for riktig tilkobling, bør det tas i betraktning at når lysdioder er koblet i serie, er den nødvendige spenningen summen av spenningsfallet til hver enhet. Mens når lysdioder er koblet parallelt, legges strømstyrken sammen.

Hvis kretsene bruker LED-enheter med forskjellige parametere, er det for stabil drift nødvendig å beregne motstanden for hver LED separat. Det skal bemerkes at ingen to lysdioder er helt like. Selv enheter av samme modell har mindre forskjeller i parametere. Dette fører til det faktum at når et stort antall av dem er koblet i en serie eller parallell krets med en motstand, kan de raskt degraderes og svikte.

Merk! Når du bruker en motstand i en parallell- eller seriekrets, kan du bare koble til LED-enheter med identiske egenskaper.

Avviket i parametere når du kobler flere lysdioder parallelt, for eksempel 4-5 stykker, vil ikke påvirke driften av enhetene. Men hvis du kobler mange lysdioder til en slik krets, vil det være en dårlig avgjørelse. Selv om LED-kilder har en liten variasjon i egenskaper, vil dette føre til at noen enheter sender ut sterkt lys og brenner raskt ut, mens andre vil lyse svakt. Derfor, når du kobler til parallelt, bør du alltid bruke en separat motstand for hver enhet.

Når det gjelder seriekoblingen, er det et økonomisk forbruk her, siden hele kretsen bruker en strømmengde som tilsvarer forbruket av en LED. I en parallellkrets er forbruket summen av forbruket til alle LED-kilder som inngår i kretsen.

Hvordan koble lysdioder til 12 volt

I utformingen av noen enheter er motstander gitt på produksjonsstadiet, noe som gjør det mulig å koble lysdioder til 12 volt eller 5 volt. Imidlertid kan slike enheter ikke alltid finnes på salg. Derfor, i kretsen for tilkobling av lysdioder til 12 volt, er det gitt en strømbegrenser. Det første trinnet er å finne ut egenskapene til de tilkoblede lysdiodene.

En slik parameter som foroverspenningsfallet for typiske LED-enheter er omtrent 2V. Merkestrømmen til disse lysdiodene tilsvarer 0,02A. Hvis du trenger å koble en slik LED til 12V, må den "ekstra" 10V (12 minus 2) slukkes med en begrensende motstand. Ved å bruke Ohms lov kan du beregne motstanden for den. Vi får at 10/0,02 = 500 (Ohm). Dermed kreves det en motstand med en nominell verdi på 510 Ohm, som er den nærmeste i rekken av E24 elektroniske komponenter.

For at en slik krets skal fungere stabilt, er det også nødvendig å beregne kraften til begrenseren. Ved å bruke formelen basert på hvilken effekt som er lik produktet av spenning og strøm, beregner vi verdien. Vi multipliserer en spenning på 10V med en strøm på 0,02A og får 0,2W. Dermed er det nødvendig med en motstand, hvis standardeffekt er 0,25W.

Hvis det er nødvendig å inkludere to LED-enheter i kretsen, bør det tas i betraktning at spenningen som faller over dem allerede vil være 4V. Følgelig må motstanden ikke slukke 10V, men 8V. Følgelig gjøres ytterligere beregning av motstanden og kraften til motstanden basert på denne verdien. Plasseringen av motstanden i kretsen kan gis hvor som helst: på anodesiden, katodesiden, mellom lysdiodene.

Hvordan teste en LED med et multimeter

En måte å sjekke driftstilstanden til lysdioder er å teste med et multimeter. Denne enheten kan diagnostisere lysdioder av alle design. Før du kontrollerer LED-en med en tester, settes enhetsbryteren i "testing"-modus, og probene påføres terminalene. Når den røde sonden er koblet til anoden og den svarte sonden til katoden, skal krystallen avgi lys. Hvis polariteten er reversert, skal enhetens display vise "1".

Nyttige råd! Før du tester lysdioden for funksjonalitet, anbefales det å dempe hovedbelysningen, siden under testing er strømmen veldig lav og lysdioden vil avgi lys så svakt at det i normal belysning kanskje ikke er merkbart.

Testing av LED-enheter kan gjøres uten bruk av sonder. For å gjøre dette, sett anoden inn i hullene i det nedre hjørnet av enheten inn i hullet med symbolet "E", og katoden inn i hullet med indikatoren "C". Hvis LED-en er i fungerende tilstand, skal den lyse. Denne testmetoden er egnet for lysdioder med tilstrekkelig lange kontakter som er renset for loddetinn. Posisjonen til bryteren spiller ingen rolle med denne kontrollmetoden.

Hvordan sjekke lysdioder med et multimeter uten avlodding? For å gjøre dette må du lodde biter av en vanlig binders til testerprobene. En tekstolittpakning, som plasseres mellom ledningene og deretter behandles med elektrisk tape, egner seg som isolasjon. Utgangen er en slags adapter for tilkobling av prober. Klipsene fjærer godt og er sikkert festet i kontaktene. I dette skjemaet kan du koble probene til LED-ene uten å fjerne dem fra kretsen.

Hva kan du lage av lysdioder med egne hender?

Mange radioamatører øver på montering ulike design fra lysdioder med egne hender. Selvmonterte produkter er ikke dårligere i kvalitet, og noen ganger overgår de til og med sine produserte kolleger. Dette kan være farge- og musikkenheter, blinkende LED-design, gjør-det-selv LED kjørelys og mye mer.

Gjør-det-selv strømstabilisator for LED-er

For å forhindre at LED-ens levetid blir uttømt før tidsplanen, er det nødvendig at strømmen som flyter gjennom den har en stabil verdi. Det er kjent at røde, gule og grønne lysdioder kan takle økt strømbelastning. Mens blågrønne og hvite LED-kilder, selv med en liten overbelastning, brenner ut på 2 timer. For at LED-en skal fungere normalt, er det derfor nødvendig å løse problemet med strømforsyningen.

Hvis du setter sammen en kjede av serie- eller parallellkoblede lysdioder, kan du gi dem identisk stråling dersom strømmen som går gjennom dem har samme styrke. I tillegg kan reversstrømpulser påvirke levetiden til LED-kilder negativt. For å forhindre at dette skjer, er det nødvendig å inkludere en strømstabilisator for lysdiodene i kretsen.

De kvalitative egenskapene til LED-lamper avhenger av driveren som brukes - en enhet som konverterer spenning til en stabilisert strøm med en bestemt verdi. Mange radioamatører setter sammen en 220V LED-strømforsyningskrets med egne hender basert på LM317-mikrokretsen. Elementer for slikt elektronisk krets har en lav kostnad og en slik stabilisator er enkel å konstruere.

Når du bruker en strømstabilisator på LM317 for lysdioder, justeres strømmen innenfor 1A. En likeretter basert på LM317L stabiliserer strømmen til 0,1A. Enhetskretsen bruker bare én motstand. Det beregnes vha online kalkulator motstand for LED. Tilgjengelige enheter er egnet for strømforsyning: strømforsyninger fra en skriver, bærbar PC eller annen forbrukerelektronikk. Det er ikke lønnsomt å sette sammen mer komplekse kretsløp selv, siden de er lettere å kjøpe ferdige.

DIY LED DRLs

Bruken av kjørelys (DRL) på kjøretøy øker synligheten til kjøretøyet i dagslys for andre deltakere betydelig. trafikk. Mange bilentusiaster øver selvmontering DRL ved hjelp av lysdioder. Et av alternativene er en DRL-enhet på 5-7 lysdioder med en effekt på 1W og 3W for hver blokk. Hvis du bruker mindre kraftige LED-kilder, vil ikke lysstrømmen oppfylle standardene for slike lys.

Nyttige råd! Når du lager DRL-er med egne hender, ta hensyn til kravene til GOST: lysstrøm 400-800 cd, lysvinkel i horisontalplanet - 55 grader, i vertikalplanet - 25 grader, areal - 40 cm².

Til basen kan du bruke et brett laget av aluminiumsprofil med puter for montering av lysdioder. Lysdiodene er festet til tavlen ved hjelp av et termisk ledende lim. Optikk velges i henhold til typen LED-kilder. I dette tilfellet er linser med en lysvinkel på 35 grader egnet. Linser er installert på hver LED separat. Ledningene er rutet i hvilken som helst passende retning.

Deretter lages et hus for DRL-ene, som også fungerer som radiator. Til dette kan du bruke en U-formet profil. Den ferdige LED-modulen er plassert inne i profilen, festet med skruer. All ledig plass kan fylles med gjennomsiktig silikonbasert fugemasse, slik at bare linsene blir igjen på overflaten. Dette belegget vil tjene som en fuktsperre.

Å koble DRL til strømforsyningen krever obligatorisk bruk av en motstand, hvis motstand er forhåndsberegnet og testet. Tilkoblingsmetodene kan variere avhengig av bilmodellen. Tilkoblingsskjemaer finnes på Internett.

Hvordan få lysdioder til å blinke

De mest populære blinkende lysdiodene, som kan kjøpes ferdige, er enheter som styres av potensialnivået. Blinkingen av krystallen oppstår på grunn av en endring i strømforsyningen ved enhetens terminaler. Dermed sender en tofarget rød-grønn LED-enhet ut lys avhengig av retningen til strømmen som går gjennom den. Blinkeffekten i RGB LED oppnås ved å koble tre separate kontrollpinner til et spesifikt kontrollsystem.

Men du kan også få en vanlig enfarget LED til å blinke, med et minimum av elektroniske komponenter i arsenalet ditt. Før du lager en blinkende LED, må du velge en arbeidskrets som er enkel og pålitelig. Du kan bruke en blinkende LED-krets, som får strøm fra en 12V-kilde.

Kretsen består av en laveffekttransistor Q1 (høyfrekvent silisium KTZ 315 eller dens analoger er egnet), en motstand R1 820-1000 Ohm, en 16-volts kondensator C1 med en kapasitet på 470 μF og en LED-kilde. Når kretsen er slått på, lades kondensatoren til 9-10V, hvoretter transistoren åpnes et øyeblikk og overfører den akkumulerte energien til lysdioden, som begynner å blinke. Denne kretsen kan bare implementeres når den drives fra en 12V-kilde.

Du kan sette sammen en mer avansert krets som fungerer på samme måte som en transistor multivibrator. Kretsen inkluderer transistorer KTZ 102 (2 stk), motstander R1 og R4 på 300 Ohm hver for å begrense strømmen, motstander R2 og R3 på 27000 Ohm hver for å stille inn basisstrømmen til transistorene, 16-volts polare kondensatorer (2 stk. med en kapasitet på 10 uF) og to LED-kilder. Denne kretsen drives av en 5V DC spenningskilde.

Kretsen fungerer etter "Darlington-par"-prinsippet: kondensatorene C1 og C2 lades og utlades vekselvis, noe som får en bestemt transistor til å åpne seg. Når en transistor leverer energi til C1, lyser en LED. Deretter lades C2 jevnt, og basisstrømmen til VT1 reduseres, noe som fører til lukking av VT1 og åpning av VT2 og en annen LED lyser.

Nyttige råd! Hvis du bruker en forsyningsspenning over 5V, må du bruke motstander med en annen verdi for å forhindre svikt i lysdiodene.

DIY LED fargemusikk montering

For å implementere ganske komplekse fargemusikkskjemaer på LED-er med egne hender, må du først forstå hvordan det fungerer enkleste opplegget fargemusikk. Den består av en transistor, en motstand og en LED-enhet. En slik krets kan drives fra en kilde vurdert fra 6 til 12V. Driften av kretsen skjer gjennom kaskadeformet forsterkning med en felles radiator (emitter).

VT1-basen mottar et signal med varierende amplitude og frekvens. Når signalsvingninger overstiger en spesifisert terskel, åpnes transistoren og LED-en lyser. Ulempen med denne ordningen er avhengigheten av å blinke på graden lydsignal. Dermed vil effekten av fargemusikk bare vises ved et visst nivå av lydvolum. Hvis du øker lyden. LED-en vil være på hele tiden, og når den minker, vil den blinke litt.

For å oppnå full effekt bruker de en fargemusikkkrets ved hjelp av lysdioder, og deler lydområdet i tre deler. Kretsen med en tre-kanals lydomformer får strøm fra en 9V-kilde. Et stort antall fargemusikkoppsett kan bli funnet på Internett på forskjellige amatørradiofora. Dette kan være fargemusikkoppsett som bruker en enfarget tape, RGB LED stripe, samt ordninger for jevn på- og avkobling av lysdioder. Du kan også finne diagrammer over lysende LED-lys på nettet.

DIY LED-spenningsindikatordesign

Spenningsindikatorkretsen inkluderer motstand R1 (variabel motstand 10 kOhm), motstand R1, R2 (1 kOhm), to transistorer VT1 KT315B, VT2 KT361B, tre lysdioder - HL1, HL2 (rød), HLZ (grønn). X1, X2 – 6-volts strømforsyninger. I denne kretsen anbefales det å bruke LED-enheter med en spenning på 1,5V.

Driftsalgoritmen til en hjemmelaget LED-spenningsindikator er som følger: når spenning påføres, lyser den sentrale grønne LED-kilden. Ved spenningsfall tennes den røde LED-en på venstre side. En økning i spenning fører til at den røde LED-en til høyre tennes. Med motstanden i midtposisjon vil alle transistorer være i lukket posisjon, og spenning vil kun gå til den sentrale grønne LED-en.

Transistor VT1 åpner når motstandsglideren flyttes opp, og øker dermed spenningen. I dette tilfellet stopper spenningsforsyningen til HL3, og den tilføres HL1. Når glidebryteren beveger seg ned (spenningen synker), lukkes transistor VT1 og VT2 åpnes, noe som vil gi strøm til HL2 LED. Med en liten forsinkelse vil LED HL1 slukke, HL3 vil blinke én gang og HL2 vil lyse.

En slik krets kan settes sammen ved hjelp av radiokomponenter fra utdatert utstyr. Noen setter den sammen på en tekstolittplate, og observerer en skala 1:1 med dimensjonene til delene slik at alle elementene får plass på brettet.

Det ubegrensede potensialet til LED-belysning gjør det mulig å uavhengig designe forskjellige belysningsenheter fra LED-er med utmerkede egenskaper og en ganske lav kostnad.

Hvit LED

Kraftig hvit LED

Det finnes to typer hvite lysdioder:

• Multi-chip LED-er, oftere tre-komponent (RGB LED), som inneholder tre halvlederemittere av rødt, grønt og blått lys, kombinert i ett hus.
• Fosfor-LED, laget på grunnlag av en ultrafiolett eller blå LED, som inneholder et lag av en spesiell fosfor som, som et resultat av fotoluminescens, konverterer en del av LED-strålingen til lys i et relativt bredt spektralbånd med et maksimum i det gule området (den vanligste designen). Utslippet av LED og fosfor, når de blandes, produserer hvitt lys i forskjellige nyanser.

Oppfinnelseshistorie

De første røde halvlederemitterne for industriell bruk ble anskaffet av N. Holonyak i 1962. På begynnelsen av 70-tallet dukket det opp gule og grønne lysdioder. Lyseffekten til tidlige laveffektive enheter nådde enkeltlumennivået innen 1990. I 1993 skapte Suji Nakamura, en ingeniør ved Nichia (Japan), den første blå LED med høy lysstyrke. Nesten umiddelbart dukket LED RGB-enheter opp, siden blå, rød og grønne farger gjorde det mulig å få hvilken som helst farge, inkludert hvit. Hvite fosforlysdioder dukket opp første gang i 1996. Deretter utviklet teknologien seg raskt, og i 2005 nådde lyseffekten til lysdioder 100 lm/W eller mer. LED-er dukket opp med forskjellige nyanser av glød, lyskvaliteten gjorde det mulig å konkurrere med glødelamper og med allerede tradisjonelle lysrør. Bruken av LED-belysningsenheter i hverdagen, i innendørs og utendørs belysning, har begynt.

RGB lysdioder

Hvitt lys kan skapes ved å blande forskjellige fargede lysdioder. Den vanligste trikromatiske designen er laget av røde (R), grønne (G) og blå (B) kilder, selv om bikromatiske, tetrakromatiske og mer multikromatiske varianter finnes. En flerfarget LED, i motsetning til andre RGB-halvlederemittere (armaturer, lamper, klynger), har ett komplett hus, som oftest ligner en enfarget LED. LED-brikkene er plassert ved siden av hverandre og deler en felles linse og reflektor. Siden halvlederbrikker har en endelig størrelse og egne strålingsmønstre, har slike lysdioder oftest ujevn vinkelfargekarakteristikk. I tillegg, for å oppnå riktig fargeforhold, er det ofte ikke nok å stille inn designstrømmen, siden lyseffekten til hver brikke er ukjent på forhånd og kan endres under drift. For å stille inn ønskede nyanser er RGB-lamper noen ganger utstyrt med spesielle kontrollenheter.

Spekteret til en RGB LED bestemmes av spekteret til dens inngående halvlederemittere og har en uttalt linjeform. Dette spekteret er veldig forskjellig fra spekteret til solen, derfor er fargegjengivelsesindeksen til RGB LED-en lav. RGB LED-er gjør det mulig å enkelt og bredt kontrollere fargen på gløden ved å endre strømmen til hver LED som er inkludert i triaden, justere fargetonen til det hvite lyset de sender ut direkte under drift - opp til å oppnå individuelle uavhengige farger.

Flerfargede lysdioder har en avhengighet av lyseffekt og farge på temperatur pga ulike egenskaper avgir sjetonger som utgjør enheten, noe som resulterer i en liten endring i fargen på gløden under drift. Levetiden til en flerfarget LED bestemmes av holdbarheten til halvlederbrikkene, avhenger av designet og overskrider oftest levetiden til fosfor-LED.

Flerfargede LED-er brukes først og fremst til dekorativ og arkitektonisk belysning, i elektronisk skilting og videoskjermer.

Fosfor lysdioder

Spektrum av et av fosfor LED-alternativene

Ved å kombinere en blå (oftere) eller ultrafiolett (sjeldnere) halvlederemitter og en fosforomformer kan du produsere en rimelig lyskilde med gode egenskaper. Den vanligste utformingen av en slik LED inneholder en blå galliumnitrid-halvlederbrikke modifisert med indium (InGaN) og en fosfor med maksimal re-emisjon i det gule området - yttrium-aluminium granat dopet med trivalent cerium (YAG). En del av kraften til den innledende strålingen av brikken forlater LED-kroppen, forsvinner i fosforlaget, den andre delen absorberes av fosforet og sendes ut på nytt i området med lavere energiverdier. Re-utslippsspekteret dekker et bredt område fra rødt til grønt, men det resulterende spekteret til en slik LED har en uttalt nedgang i den grønn-blå-grønne regionen.

Avhengig av sammensetningen av fosforet, produseres lysdioder med forskjellige fargetemperaturer ("varm" og "kald"). Ved å kombinere ulike typer fosfor oppnås en betydelig økning i fargegjengivelsesindeksen (CRI eller Ra), noe som antyder muligheten for å bruke LED-belysning under forhold som er kritiske for kvaliteten på fargegjengivelsen.

En måte å øke lysstyrken på lysdioder med fosfor samtidig som kostnadene opprettholdes eller til og med reduseres, er å øke strømmen gjennom halvlederbrikken uten å øke størrelsen - øke strømtettheten. Denne metoden er forbundet med en samtidig økning i krav til kvaliteten på selve brikken og kvaliteten på kjøleribben. Når strømtettheten øker, reduserer de elektriske feltene innenfor hoveddelen av det aktive området lyseffekten. Når begrensende strømmer nås, siden områder av LED-brikken med forskjellige urenhetskonsentrasjoner og forskjellige båndgap leder strøm forskjellig, oppstår lokal overoppheting av brikkeområdene, noe som påvirker lyseffekten og holdbarheten til LED som helhet. For å øke utgangseffekten og samtidig opprettholde kvaliteten på spektrale egenskaper og termiske forhold, produseres LED-er som inneholder klynger av LED-brikker i ett hus.

Et av de mest diskuterte temaene innen polykrom LED-teknologi er dens pålitelighet og holdbarhet. I motsetning til mange andre lyskilder, endrer en LED lyseffekt (effektivitet), strålingsmønster og fargetone over tid, men svikter sjelden helt. Derfor, for å estimere brukstiden, for eksempel for belysning, tas et nivå av reduksjon i lyseffektivitet på opptil 70 % av den opprinnelige verdien (L70). Det vil si at en LED hvis lysstyrke reduseres med 30 % under drift anses å være ute av drift. For lysdioder som brukes i dekorativ belysning, brukes et lysstyrkereduksjonsnivå på 50 % (L50) som vurdering av levetiden.

Levetiden til en fosfor-LED avhenger av mange parametere. I tillegg til produksjonskvaliteten til selve LED-enheten (metoden for å feste brikken til krystallholderen, metoden for å feste de strømførende lederne, kvaliteten og beskyttelsesegenskapene til tetningsmaterialene), avhenger levetiden hovedsakelig av egenskapene til selve emitterende brikken og på endringer i egenskapene til fosforet i løpet av driften (degradering). Dessuten, som en rekke studier viser, anses temperatur som den viktigste faktoren som påvirker levetiden til en LED.

Effekt av temperatur på LEDs levetid

Under drift avgir en halvlederbrikke en del av den elektriske energien i form av stråling og en del i form av varme. Dessuten, avhengig av effektiviteten til en slik konvertering, er varmemengden omtrent halvparten for de mest effektive emitterne eller mer. Selve halvledermaterialet har lav termisk ledningsevne i tillegg har materialene og utformingen av huset en viss ikke-ideell termisk ledningsevne, noe som fører til oppvarming av brikken til høye temperaturer (for en halvlederstruktur). Moderne lysdioder opererer ved brikketemperaturer i området 70-80 grader. Og en ytterligere økning i denne temperaturen ved bruk av galliumnitrid er uakseptabel. Høy temperatur fører til en økning i antall defekter i det aktive laget, fører til økt diffusjon og en endring i de optiske egenskapene til underlaget. Alt dette fører til en økning i prosentandelen av ikke-strålende rekombinasjon og absorpsjon av fotoner av brikkematerialet. En økning i kraft og holdbarhet oppnås ved å forbedre både selve halvlederstrukturen (redusere lokal overoppheting), og ved å utvikle utformingen av LED-enheten, og forbedre kvaliteten på kjølingen av det aktive området av brikken. Det forskes også med andre halvledermaterialer eller substrater.

Fosforen er også utsatt for høye temperaturer. Ved langvarig eksponering for temperatur hemmes re-emitterende sentre og konverteringskoeffisienten, så vel som spektralegenskapene til fosforet, forringes. I tidlige og noen moderne polykrome LED-design påføres fosforet direkte på halvledermaterialet og den termiske effekten er maksimert. I tillegg til tiltak for å redusere temperaturen på den emitterende brikken, bruker produsentene ulike metoder for å redusere påvirkningen av brikketemperaturen på fosforet. Isolerte fosforteknologier og LED-lampedesign, der fosforet er fysisk atskilt fra emitteren, kan øke levetiden til lyskilden.

LED-hus laget av optisk gjennomsiktig silikonplast eller epoksyharpiks, er utsatt for aldring under påvirkning av temperatur og begynner over tid å falme og gulne, og absorbere en del av energien som sendes ut av LED. Reflekterende overflater forringes også ved oppvarming - de samhandler med andre elementer i kroppen og er utsatt for korrosjon. Alle disse faktorene til sammen fører til at lysstyrken og kvaliteten på det utsendte lyset gradvis avtar. Imidlertid kan denne prosessen med hell bremses ned ved å sikre effektiv varmefjerning.

Fosfor LED-design

Diagram over en av de hvite LED-designene. MPCB ​​er et trykt kretskort med høy varmeledningsevne.

En moderne fosfor LED er en kompleks enhet som kombinerer mange originale og unike tekniske løsninger. LED-en har flere hovedelementer, som hver utfører en viktig, ofte mer enn én funksjon:

Alle LED-designelementer opplever termisk stress og må velges under hensyntagen til graden av deres termiske utvidelse. Og en viktig betingelse for et godt design er produksjonsevne og lave kostnader ved å montere en LED-enhet og installere den i en lampe.

Lysstyrke og lyskvalitet

Den viktigste parameteren er ikke engang lysstyrken til LED-en, men dens lyseffektivitet, det vil si lyseffekten fra hver Watt elektrisk energi som forbrukes av LED-en. Lyseffektiviteten til moderne lysdioder når 150-170 lm/W. Den teoretiske grensen for teknologien er estimert til 260-300 lm/W. Ved vurdering er det nødvendig å ta hensyn til at effektiviteten til en lampe basert på LED er betydelig lavere på grunn av effektiviteten til strømkilden, de optiske egenskapene til diffusoren, reflektoren og andre designelementer. I tillegg angir produsenter ofte den opprinnelige effektiviteten til emitteren ved normal temperatur. Mens temperaturen på brikken under drift er mye høyere. Dette fører til at den faktiske effektiviteten til emitteren er 5 - 7 % lavere, og at lampen ofte er dobbelt så lav.

Den andre like viktige parameteren er kvaliteten på lyset som produseres av LED. Det er tre parametere for å vurdere kvaliteten på fargegjengivelsen:

Fosfor LED basert på en ultrafiolett emitter

I tillegg til den allerede utbredte kombinasjonen av en blå LED og YAG, utvikles også et design basert på en ultrafiolett LED. Et halvledermateriale som er i stand til å sende ut i det nære ultrafiolette området er belagt med flere lag av en fosfor basert på europium og sinksulfid aktivert av kobber og aluminium. Denne blandingen av fosfor gir re-utslippsmaksima i de grønne, blå og røde områdene av spekteret. Det resulterende hvite lyset har en veldig gode egenskaper kvalitet, men effektiviteten av en slik transformasjon er fortsatt lav.

Fordeler og ulemper med lysdioder med fosfor

Med tanke på de høye kostnadene for LED-lyskilder sammenlignet med tradisjonelle lamper, er det overbevisende grunner til å bruke slike enheter:

• Den største fordelen med hvite lysdioder er deres høye effektivitet. Lavt spesifikt energiforbruk gjør at de kan brukes i langvarige kilder til autonom belysning og nødbelysning.
• Høy pålitelighet og lang levetid antyder mulige besparelser på lampebytte. I tillegg kommer bruk av LED-lyskilder i vanskelig tilgjengelige steder og utendørsforhold reduserer vedlikeholdskostnadene. Kombinert med høy effektivitet kan vi si om betydelige besparelser betyr ved bruk av LED-belysning i enkelte applikasjoner.
• Lett vekt og størrelse på enheter. Lysdioder er små i størrelse og egnet for bruk på vanskelig tilgjengelige steder og små bærbare enheter.
• Fraværet av ultrafiolett og infrarød stråling i spekteret tillater bruk av LED-belysning uten skade på mennesker og til spesielle formål (for eksempel for å belyse sjeldne bøker eller andre objekter som er utsatt for lys).
• Utmerket ytelse ved minusgrader uten å redusere, og ofte til og med forbedre, parametere. De fleste typer lysdioder viser større effektivitet og lengre levetid når temperaturen faller, men strøm-, kontroll- og designkomponenter kan ha motsatt effekt.
• LED er treghetsfrie lyskilder de krever ikke tid til å varme opp eller slå seg av, for eksempel lysrør, og antall på og av sykluser påvirker ikke; negativ påvirkning på deres pålitelighet.
• God mekanisk styrke gjør at lysdioder kan brukes under tøffe driftsforhold.
• Enkel kraftregulering ved både driftssyklus og strømregulering uten at det går på bekostning av effektivitet og pålitelighetsparametere.
• Trygg å bruke, ingen risiko for elektrisk støt på grunn av lav forsyningsspenning.
• Lav brannfare, mulighet for bruk under eksplosjonsforhold og brannfare på grunn av fravær av glødende elementer.
• Fuktighetsbestandighet, motstand mot aggressive miljøer.
• Kjemisk nøytralitet, ingen skadelige utslipp og ingen spesielle krav til avhendingsprosedyrer.

Men det er også ulemper:

Lysdioder har også funksjoner som er iboende i alle halvlederemittere, tatt i betraktning hvilken den mest vellykkede applikasjonen kan bli funnet, for eksempel strålingsretningen. LED-en lyser kun i én retning uten bruk av ekstra reflektorer og diffusorer. LED-armaturer er best egnet for lokal- og retningsbelysning.

Utsikter for utvikling av hvit LED-teknologi

Teknologier for produksjon av hvite lysdioder egnet for belysningsformål er under aktiv utvikling. Forskning på dette området stimuleres av økt offentlig interesse. Utsiktene til betydelige energibesparelser tiltrekker seg investeringer i prosessforskning, teknologiutvikling og leting etter nye materialer. Å dømme etter publikasjonene til produsenter av lysdioder og relaterte materialer, spesialister innen halvledere og lysteknikk, er det mulig å skissere utviklingsveier på dette området:

se også

Notater

1. , s. 19-20
2. Cree MC-E lysdioder som inneholder røde, grønne, blå og hvite emittere. LED profesjonell. Arkivert
3. Vishay VLMx51 lysdioder som inneholder røde, oransje, gule og hvite emittere. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
4. Cree XB-D og XM-L flerfargede lysdioder. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
5. Cree XP-C LED-er som inneholder seks monokromatiske emittere. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
6. Nikiforov S."S-klasse" av halvlederlysteknologi // Komponenter og teknologier: Blad. - 2009. - Nr. 6. - S. 88-91.
7. Truson P. Halvardson E. Fordeler med RGB LED for lysarmaturer // Komponenter og teknologier: Blad. - 2007. - Nr. 2.
8. , s. 404
9. Nikiforov S. Temperatur i levetid og drift av lysdioder // Komponenter og teknologier: Blad. - 2005. - Nr. 9.
10. LED for interiør og arkitektonisk belysning (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
11. Siang Ling Oon LED-løsninger for arkitektoniske belysningssystemer // : Blad. - 2010. - Nr. 5. - S. 18-20.
12. RGB LED for bruk i elektroniske skjermer (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
13. Turkin A. Galliumnitrid som et av de lovende materialene i moderne optoelektronikk // Komponenter og teknologier: Blad. - 2011. - Nr. 5.
14. LED med høye CRI-verdier. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
15. Crees EasyWhite-teknologi. LED-magasin. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
16. Nikiforov S., Arkhipov A. Funksjoner for å bestemme kvanteutbyttet til lysdioder basert på AlGaInN og AlGaInP ved forskjellige strømtettheter gjennom den utsendende krystallen // Komponenter og teknologier: Blad. - 2008. - Nr. 1.
17. Nikiforov S. Nå kan elektronene sees: LED lager elektrisitet veldig merkbar // Komponenter og teknologier: Blad. - 2006. - Nr. 3.
18. Lysdioder med et matrisearrangement av et stort antall halvlederbrikker (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
19. White LED Lifetime Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
20. Typer LED-defekter og analysemetoder (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
21. , s. 61, 77-79
22. LED fra SemiLEDs (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
23. GaN-on-Si Silicon LED Research Program. LED profesjonell. Hentet 10. november 2012.
24. Cree isolert fosforteknologi. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
25. Turkin A. Halvleder LED: historie, fakta, prospekter // Halvlederlysteknologi: Blad. - 2011. - Nr. 5. - S. 28-33.
26. Ivanov A.V., Fedorov A.V., Semenov S.M. Energisparende lamper basert på lysdioder med høy lysstyrke // Energiforsyning og energisparing – regionalt aspekt: XII All-russisk møte: materiale av rapporter. - Tomsk: St. Petersburg Graphics, 2011. - s. 74-77.
27. , s. 424
28. Hvite LED med høy lyseffekt for belysningsbehov. Phys.Org™. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
29. Grunnleggende om LED-belysning. OSS. Energidepartementet. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
30. Sharakshane A. Skalaer for å vurdere kvaliteten på den spektrale sammensetningen av lys - CRI og CQS // Halvlederlysteknologi: Blad. - 2011. - Nr. 4.
31. Ultrafiolette lysdioder SemiLED med en bølgelengde på 390-420 nm. (Engelsk) . LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
32. , s. 4-5
33. Aktive kjølesystemer fra Nuventix-kampanjen. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
34. N.P. Soschin Moderne fotoluminescerende materialer for effektive solid-state belysningsenheter. Konferansemateriell. (Russisk) (1. februar 2010). Arkivert
35. O.E.Dudukalo, V.A.Vorobiev(Russisk) (31. mai 2011). Arkivert fra originalen 27. oktober 2012.
36. Tester av akselerert temperaturnedbrytning av fosfor (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
37. Forskning og markeder lanserer ny rapport fra 2012 om LED-fosformaterialer (engelsk) . LED profesjonell. Arkivert fra originalen 10. desember 2012. Hentet 30. november 2012.
38. Intematix presenterte et sett med fosfor for høykvalitets fargegjengivelse (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
39. Lumi-tech foreslo SSE-fosfor for hvite lysdioder. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
40. Rødt fosfor fra Intematix (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
41. Quantum dot LED (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
42. Osrams 609 nm røde all-diode prototype med 61 % effektivitet. LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
43. Overgang til GaN-on-Si-struktur (engelsk). LED profesjonell. Arkivert fra originalen 23. november 2012. Hentet 10. november 2012.
44. Tim Whitaker Joint venture for å lage ZnSe hvite LED-er (engelsk) (6. desember 2002). Arkivert fra originalen 27. oktober 2012. Hentet 10. november 2012.
45. , s. 426

Litteratur

• Schubert F.E. LED-er. - M.: Fizmatlit, 2008. - 496 s. - ISBN 978-5-9221-0851-5
• Weinert D. LED-belysning: En håndbok. - Philips, 2010. - 156 s. - ISBN 978-0-615-36061-4

Linker

• US Department of Energy nettsted om LED-belysning
• Led profesjonell. Vitenskapelig og teknisk tidsskrift om LED og LED-belysning, Østerrike
• LED-magasin. Vitenskapelig og teknisk magasin om LED og LED-belysning. USA
• Halvlederlysteknologi. Russisk magasin om LED og LED-belysning