Андрей Смирнов
Время чтения: ~13 мин.
Просмотров: 0

Светодиоды vs газоразрядные лампы: кто победит?

Светодиод SMD 5050

Проще говоря, эти светодиодные чипы называются SMD 5050, поскольку размеры светодиодов  5,0 мм х 5,0 мм . Они имеют 3 светодиодных диода в одном корпусе (иногда называемые tri-chips) и намного ярче, чем отдельные светодиодные чипы 3528.

Они используются, когда вам нужна небольшая подсветка для вашей проектной области и особенно, для цветов RGB. Теоретически, сравнивая одинаковое количество микросхем, светодиоды SMD 5050 могут обеспечить световой поток в 3 раза больше, чем у полос 3528 , и поэтому светодиод 5050 хорошо подходит для освещения областей, которые могут подвергаться воздействию высоких уровней окружающего света. Однако, поскольку они больше по размеру, есть только так много, что вы можете поместиться на печатной плате. При использовании 5050 чипов существуют некоторые ограничения яркости.

Хотя они производят больше тепла, чем мелкие чипы, он по-прежнему значительно ниже, чем другие варианты освещения. Для этих типов светодиодов требуется более толстая печатная плата для отвода тепла от чипов.

5050-ые отличаются от 3528 светодиодов тем, что 5050 могут объединить три разных микросхемы внутри корпуса, чтобы создать миллионы цветовых вариаций .

Хотя размеры светодиодов 5050 можно использовать в одноцветных приложениях, мы обнаружили, что светодиоды 5050 лучше подходят для RGB и 3528 SMD с высокой плотностью для одноцветных приложений.

____________________________________________________________________________________________

Светодиодный прожектор SMD 3528

Они называются SMD3528, потому что размеры светодиодов составляют  3,5 мм * 2,8 мм. Эти светодиодные чипы (один светодиод на микросхему) яркие, но не такие яркие, как 5050 бок о бок. Однако при использовании в более высоком количестве может быть ярче, чем сравниваемая полоса 5050.

Эти светильники отлично подходят для подсветки телевизора, цветных брызг стен, акцентного освещения для изготовления коронок и картин, под столами и шкафами, барами и т. Д.

3528 светодиодов могут быть наиболее экономически эффективными, но не будут такими же яркими, если сравнивать их по отдельности с микросхемой 5050, но когда их 600 на барабане, они могут быть ярче, чем полоса 5050.

Совет по покупке: при сравнении освещения светодиодной полосы между компаниями, если обе конкурирующие полосы используют одни и те же чипы, посмотрите, сколько светодиодов находится на полосе, и найдите выход люмен для определения яркости. 

Обратите внимание на количество светодиодов на ноге или метр. При поиске яркого светодиодного фонаря убедитесь, что вы сравниваете яблоки с яблоками, так как не все светодиодные полосы сделаны одинаково. ______________________________________

______________________________________

Из чего можно собрать белый свет

Кроме технологии RGB существуют
другие методы, позволяющие получить белый свет светодиодов, базирующиеся на
смешивании:

  • 7-и
    цветов радуги;
  • чистого
    красного и голубого;
  • желтого
    и синего;
  • красного
    и желто-зеленого.

Основные
способы получения

Не все производители при изготовлении светодиодного источника света используют кристаллы, излучающие базовые цвета. Другие варианты иногда оказываются более интересными. Например, белый свет светодиодов можно получить при смешивании желтого и синего, но CRI получается –13 Ra. Если свечение желтого расширить, добавив красный и желто-зеленый, Ra = 61.

Существую и другие уникальные технологии
производителей светодиодов:

  • Cree
    TrueWhite – синий, желто-зеленый и красный;
  • Osram
    Brilliant Mix –
    красный, зеленый и оранжевый.

Понятие ультрафиолетовые светодиоды и меры предосторожности

Применения
«Верхние» устройства типа UVA доступны с конца 1990-х годов. Эти ультрафиолетовые светодиоды традиционно используются в таких приложениях, как обнаружение или проверка подделок (валюта, водительское удостоверение, документы и т. Д.) И судебная экспертиза (расследования на месте преступления), чтобы назвать некоторые из них. Требования к выходной мощности для этих приложений очень низкие, а фактические длины волн – в диапазоне 390 нм – 420 нм. В то время более низкие длины волн были недоступны для использования в производстве. В результате их долговечности на рынке и простоты изготовления светодиоды этого типа легко доступны из самых разных источников и наименее дорогостоящих из всех продуктов UV.

За последние несколько лет «средний» компонент светодиодных компонентов UVA показал наибольший рост. Большинство применений в этом диапазоне длин волн (приблизительно 350 нм – 390 нм) предназначены для УФ-отверждения как коммерческих, так и промышленных материалов, таких как клеи, покрытия и краски. Светодиоды обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями отверждения, такими как ртуть или флуоресцентные из-за повышенной эффективности, снижения стоимости владения и миниатюризации системы. Тенденция к использованию светодиодов для отверждения возрастает, поскольку цепочка поставок постоянно настаивает на принятии светодиодной технологии.

Хотя стоимость этого диапазона длин волн значительно выше, чем верхняя область UVA, быстрые успехи в производстве, а также увеличение объемов неуклонно снижают цены. «Нижний» UVA и «верхний» диапазоны UVB (приблизительно 300 нм – 350 нм) являются самым последним введением на рынок. Эти устройства предлагают возможность использования в различных приложениях, включая УФ-отверждение, биомедицинскую, ДНК-анализ и различные типы зондирования. Существует значительное перекрытие во всех 3 спектральных диапазонах ультрафиолетового излучения; поэтому необходимо учитывать не только то, что лучше всего подходит для приложения, но и то, что является наиболее экономичным решением, так как более низкая длина волны, как правило, выше, чем стоимость светодиодов.

«Нижний» UVB и «верхний» диапазоны UVC (приблизительно 250 нм – 300 нм) – это область, которая все еще очень в зачаточном состоянии, однако есть большой энтузиазм и спрос на этот продукт в системах очистки воздуха и воды. В настоящее время существует только несколько компаний, способных производить УФ-светодиоды в этом диапазоне длин волн и даже меньшее количество, которые производят продукт с достаточными жизненными, надежными и эксплуатационными характеристиками. В результате затраты на устройства в диапазоне UVC / B все еще очень высоки и могут быть дорогостоящими в некоторых приложениях. Внедрение в 2012 году первой коммерческой системы дезинфекции на основе светодиодов UVC помогло продвинуть рынок вперед, где многие компании теперь серьезно подсматривают продукты на основе светодиодов.

Как устроены и чем отличаются светодиоды разных типов

Светодиоды можно классифицировать по разным критериям. Основное отличие – в технологии и электрических параметрах.

DIP

Сокращение DIP пошло от слов Direct In-line Package. Такие светодиоды известны еще с конца прошлого века. Устройство представляет собой стеклянную или пластиковую прозрачную колбу размером 3 или 5 мм, в которой находится полупроводниковый кристалл. Колба является линзой и формирует направленный пучок света. Кристалл закрепляется на катоде, который с помощью провода соединяется с анодом. Из корпуса выходят контакты в виде металлических ножек, через которые светодиод и включается в схему.

По форме бывают круглые, овальные, прямоугольные. Напряжение питания – до 5 В при 25 мА.

Обычно внутри линзы располагается один кристалл, но есть модели с двумя и более разных цветов. Такие модели могут оснащаться тремя и четырьмя выводами. Принцип работы светодиода подобного вида задает микрочип.

Dip светодиоды являются малоточными, они используются в гирляндах, для индикации, в подсветке, уличном освещении. По сравнению с SMD диодами они имеют следующие преимущества:

  • яркость;
  • направленный световой поток;
  • долгий срок службы при работе на улице;
  • потребление электроэнергии.

Основной недостаток – большой размер, от 3 мм.

SMD

Светодиоды SMD – это приборы для крепления на поверхность. В настоящее время этот тип диодов является самым востребованным. С их появлением расширились возможности создания осветительных систем. Начали уменьшаться размеры светильника, монтаж автоматизирован.

Как устроен светодиод SMD — излучающий кристалл закреплен на подложке, от которой отводится тепло. К ней вмонтированы выходы. Внутри размещен управляющий чип. Защитой является овальная или сферическая линза из стекла или пластика.

Преимущества SMD:

  • небольшая цена;
  • надежность;
  • срок службы;
  • высокая светоотдача.

SMD светодиоды в смеху включаются при помощи специального клея. Самые маленькие диоды имеют размер 0,6х0,3 мм. Максимальная яркость – 8000 кд/кв.м.

Существует технология, при которой кристалл наносится на проводящую подложку без использования корпуса. В качестве защиты используется специальный слой, который выбирается по назначению светодиодов.

Используются для подсветки интерьеров, уличных билбордов, рекламных экранов с широким разрешением.

COB

Chip On Board (COB) светодиоды имеют большое количество кристаллов на одной подложке. Также их называют светодиодной матрицей. Сверху заливается люминофором.

Основные преимущества:

  • простота монтажа;
  • хороший поток света;
  • высокий CRI;
  • разнообразие форм.

Недостатки:

  • стоимость;
  • самый срок службы;
  • светоотдача ниже, чем у SMD.

КОБы активно используются в создании ярких прожекторов и в других светильниках, где требуется акцентированная подсветка.

Мощные инфракрасные светодиоды

Для изготовления
мощного инфракрасного светодиода требуется большой лед-кристалл. В связи с этим
возникает несколько технологических проблем:

  1. С увеличением площади лэд-кристалла существенно возрастает его стоимость.
  2. При работе на полную мощность такого led-элемента выделяется настолько много энергии, что возникает сильный перегрев его основания и, как следствие, последующее быстрое разрушение.

Если же объединить
несколько близко установленных лед-кристаллов, возникает значительная потеря
мощности из-за повышения нерабочей боковой площади. Ввиду выше рассмотренных
обстоятельств, разработчики предложили несколько компромиссных вариантов:

  1. На данный момент
    допустимо изготавливать кристаллы размером до 1 мм2. До этого
    порогового значения можно существенно повысить силу тока, а значит, и мощность
    – в результате снижения сопротивления в лэд-материале из-за его нагрева.
  2. Внедряются все
    более совершенные рефлекторы, собирающие боковое излучение к центру.
  3. Производятся
    линзы с высоким коэффициентом преломления, что заставляет лучше собирать и
    направлять в пучок боковые волны.

Ссылки[править | править код]

  1. 1981 VW Rabbit Owner’s manual. Page 52. Volkswagen of America. 1980.
  2. U.S. Patent 5,578,839 «Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device» Nakamura et al., Issue date: November 26, 1996
  3. Sensor Electronic Technology, Inc.: Nitride Products Manufacturer
  4. Mori, Mirei; Hamamoto, Akiko; Takahashi, Akira; Nakano, Masayuki; Wakikawa, Noriko; Tachibana, Satoko; Ikehara, Toshitaka; Nakaya, Yutaka et al. (2007). «Development of a new water sterilization device with a 365 nm UV-LED». Medical & Biological Engineering & Computing 45: 1237. doi:10.1007/s11517-007-0263-1.
  5. Taniyasu, Yoshitaka; Kasu, Makoto; Makimoto, Toshiki (2006). «An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres». Nature 441 (7091): 325. doi:10.1038/nature04760. PMID 16710416.
  6. Kubota, Y.; Watanabe, K.; Tsuda, O.; Taniguchi, T. (2007). «Deep Ultraviolet Light-Emitting Hexagonal Boron Nitride Synthesized at Atmospheric Pressure». Science 317 (5840): 932. doi:10.1126/science.1144216. PMID 17702939
  7. Watanabe, Kenji; Taniguchi, Takashi; Kanda, Hisao (2004). «Direct-bandgap properties and evidence for ultraviolet lasing of hexagonal boron nitride single crystal». Nature Materials 3 (6): 404. doi:10.1038/nmat1134. PMID 15156198.
  8. Koizumi, S.; Watanabe, K; Hasegawa, M; Kanda, H (2001). «Ultraviolet Emission from a Diamond pn Junction». Science 292 (5523): 1899. doi:10.1126/science.1060258. PMID 11397942
  9. J. H. Wold and A. Valberg (2000). «The derivation of XYZ tristimulus spaces: A comparison of two alternative methods». Color Research & Application 26 (S1): S222. doi:10.1002/1520-6378(2001)26:1+<::AID-COL47>3.0.CO;2-4.
  10. Ivan Moreno, Ulises Contreras (2007). «Color distribution from multicolor LED arrays». Optics Express 15 (6): 3607. doi:10.1364/OE.15.003607. PMID 19532605.
  11. Tanabe, S. and Fujita, S. and Yoshihara, S. and Sakamoto, A. and Yamamoto, S.. «YAG glass-ceramic phosphor for white LED (II): luminescence characteristics». Proc. of SPIE Vo 5941: 594112—1.
  12. Ohno, Y.. «Color rendering and luminous efficacy of white LED spectra». Proc. of SPIE Vol 5530: 89.
  13. WO patent 2008104936
  14. Burroughes, JH and Bradley, DDC and Brown, AR and Marks, RN and Mackay, K. and Friend, RH and Burns, PL and Holmes, AB, (1990). «Light-emitting diodes based on conjugated polymers,». Nature 347 (6293): 539–541. doi:10.1038/347539a0.
  15. Quantum-dot LED may be screen of choice for future electronics Massachusetts Institute of Technology News Office, December 18, 2002
  16. Nanoco Signs Agreement with Major Japanese Electronics Company, 23/09/2009
  17. LED-design

Выходные параметры

Под выходными параметрами подразумевают характеристики светодиодов, измеренные при определённых условиях. Замер выходных параметров производят на номинальном токе и температуре окружающей среды, равной 25°C.

Световой поток и сила света

Оптические характеристики светодиода выражают в виде светового потока и силы света. Световой поток (лм) – это количество световой энергии (видимый свет), излучаемой кристаллом и переносимой на поверхность за единицу времени. Для слаботочных светодиодов с рассеивающей линзой обычно указывают силу света (кд). Её физический смысл состоит в отношении светового потока к углу, внутри которого распространяется излучение. Другими словами, сила света – это интенсивность светового потока в некотором направлении. Отсюда следует, что светодиод с меньшим углом излучения обладает большей силой света при одинаковом световом потоке. Современные 5 мм светодиоды высокой яркости способны выдавать до 15 кд.

Угол излучения

В разных источниках можно встретить названия: «видимый угол», «угол рассеивания». С физической точки зрения его правильно называть «Двойной угол половинной яркости» и обозначать – «2Q1/2». Двойной угол половинной яркости присущ только приборам, которые имеют фокусирующую линзу, и зависит от формы корпуса. Он может иметь значения в пределах 15-140°. Белые светодиоды, предназначенные для smt монтажа, и матрицы на их основе характеризуются широким углом излучения – 115-140°.

Цвет излучения и длина волны

В зависимости от типа полупроводникового материала светодиод излучает свет в определённом волновом диапазоне. Например, зелёному цвету соответствует диапазон длин от 500 до 570 нм. При этом прибор с λ=500-520 нм имеет салатный оттенок, а с λ=550-570 нм – бирюзовый оттенок. Белый светодиод излучает в ультрафиолетовом или в широком спектре с дальнейшим выделением белого света с помощью люминофора. ИК и УФ диоды работают в невидимой зоне спектра. Поэтому в их маркировке указывается рабочая длина волны.

Цветовая температура

Этот параметр присущ исключительно белым светодиодам. Цветовая температура указывает на оттенок, который получают предметы, освещаемые в данном свете. Условно весь белый свет разделяют на тёплый, нейтральный и холодный и измеряют его в градусах Кельвина. Свет от светодиодов с одинаковой цветовой температурой может восприниматься по-разному, что объясняется их различным коэффициентом цветопередачи. Более подробно об этом написано здесь.

Световая отдача

Этот параметр показывает, какое количество светового потока излучает светодиод на единицу потреблённой мощности и измеряется в лм/Вт. Светоотдача является своеобразным коэффициентом полезного действия светодиода. По этому показателю мощные светодиоды уже превзошли газоразрядные лампы, перешагнув рубеж в 150 лм/Вт. Серийно выпускаемые светодиоды имеют светоотдачу около 100 лм/Вт. Световая отдача светодиодных ламп на 220В в 5-7 раз больше, чем у ламп накаливания.

Инерционность

Такое понятие как «инерционность» часто отсутствует в datasheet на светодиоды. Общепринято считать, что они мгновенно включаются и отключаются, т.е. являются безынерционными. На самом деле задержка при переключении может достигать нескольких нс. Для отечественных ИК излучающих диодов инерционность указывают в виде времени нарастания и спада излучающего импульса. Эти временные интервалы колеблются в пределах единиц-сотен наносекунд и оказывают влияние на работу в высокочастотном импульсном режиме.

Светодиоды в электрической схеме

Светодиод работает при пропускании через него тока в прямом направлении (то есть анод должен иметь положительный потенциал относительно катода).

Из-за круто возрастающей вольт-амперной характеристики p-n-перехода в прямом направлении светодиод должен подключаться к источнику тока. Подключение к источнику напряжения должно производиться через элемент (или электрическую цепь), ограничивающий ток, например, через резистор. Некоторые модели светодиодов могут иметь встроенную токоограничивающую цепь, в таком случае в спецификации для них указывается диапазон допустимых напряжений источника питания.

Непосредственное подключение светодиода к источнику напряжения с низким внутренним сопротивлением, превышающего заявленное изготовителем падение напряжения для конкретного типа светодиода, может вызвать протекание через него тока, превышающего предельно допустимый, что вызывает перегрев кристалла и мгновенный выход из строя. В простейшем случае, для маломощных индикаторных светодиодов, токоограничивающая цепь представляет собой резистор, последовательно включенный со светодиодом. Для мощных светодиодов применяются схемы с ШИМ, которые поддерживают средний ток через светодиод на заданном уровне и, при необходимости, позволяют регулировать его яркость.

Недопустимо подавать на светодиоды напряжение с обратной полярностью от источника с малым внутренним сопротивлением. Светодиоды имеют невысокое (несколько вольт) обратное пробивное напряжение. В схемах, где возможно появление обратного напряжения, светодиод должен быть защищён параллельно включенным обычным диодом в противоположной полярности.

Основные выводы

Инфракрасные светодиоды
излучают в невидимой для глаза человека области спектра, и потому для
обозначения их главных параметров используют несколько отличные от обычных
лед-элементов характеристики:

  1. Мощность за период времени или с конкретной площади излучателя.
  2. Интенсивность в границах определенного пространственного угла.

Существуют десятки
модификаций инфракрасных светодиодов. Все они различаются не только по силе
излучения, но также назначению и форм-фактору. Чем мощнее лед-кристалл, тем
больше он нагревается и разрушается. Поэтому производители при изготовлении
мощных моделей прибегают к некоторым ухищрениям, а не идут по пути прямого
увеличения их размеров. Сфера применения ИК-диодов обширна – от индикации в
пультах ДУ бытовой техники до сложных военно-промышленных и медицинских приборов.

Предыдущая
СветодиодыТипы и разновидности коннекторов для светодиодной ленты
Следующая
СветодиодыТипы, особенности и схема ИК подсветки

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации