Светодиоды большой яркости: в чем измеряются светодиодные лампы, таблица, что такое люмены, интенсивность, яркость, светоотдача светильника

БЛОК ПИТАНИЯ СВЕТОДИОДОВ 50 Вт 24 В TRIAC С РЕГ. ЯРКОСТИ

Название материала

LED NETZTEIL

BIG WHITE Страница

796

Материал

Поликарбонат (PC)

С регулировкой яркости

Технология регулирования яркости

С регулировкой яркости
Фазовая отсечка

Сборка

Накладной

Показать больше

Выходное напряжение

24V DC

Номинальное первичное напряжение

220-240V ~50/60Hz

Вторичный ток / вторичное напряжение

24V DC

Количество вторичных выходов

1

Температура окружающей среды

Вес нетто

0. 25 kg

Независимый преобразователь

Да

Как подобрать светодиодную ленту для дома

Светодиодная подсветка интерьеров квартир и домов набирает все большую популярность. Подойти к решению вопросов, связанных с подсветкой, можно разными путями. Одни предпочитают обратиться за подбором подходящего оборудования и его монтажом к специалистам. Другие же решают проявить свои творческие способности и заняться этим самостоятельно. Благодаря относительной простоте установки светодиодной подсветки это вполне реально, но для достижения желаемого результата необходимо учесть некоторые особенности. Первый возникающий вопрос– как среди большого количества разновидностей светодиодных лент подобрать ленту, подходящую именно под ваши желания? Об этом мы и расскажем в этой статье.

1) Место установки светодиодной ленты.

Для начала нужно определиться с помещением, где будет устанавливаться светодиодная лента. Для светодиодной подсветки потолков комнат, кухни, прихожей и коридоров подойдет открытая светодиодная лента. Для подсветки ванных комнат ввиду повышенной влажности используется только герметичная светодиодная лента. Для подсветки рабочей поверхности столов на кухне, а также при монтаже светодиодной ленты на небольшой высоте от пола, например, подсветка ступеней лестницы, подсветка пола – также рекомендуется использовать герметичную светодиодную ленту, т.

к. во время влажной уборки на нее может попасть вода или она может повредиться механически. О подборе светодиодной ленты в конкретные помещения мы еще поговорим далее.

2) Тип, яркость и мощность светодиодной ленты.

Следующий этап – выбираем светодиодную ленту по требуемой яркости. Один из факторов, влияющий на яркость свечения ленты – тип светодиодов. Наиболее распространены ленты со светодиодами SMD3528 и SMD5060 (иногда их называют также SMD5050). Светодиоды первого типа имеют размер корпуса 3.5х2.8 мм и содержат один полупроводниковый кристалл. Светодиоды второго типа имеют больший размер – 5.0х5.5 мм — и содержат три кристалла в одном корпусе. Соответственно, светодиоды SMD5060 почти в три раза ярче диодов SMD3528. Также яркость светодиодной ленты зависит от плотности расположения светодиодов на ней. Существуют светодиодные ленты стандартной плотности, двойной (2х) и двухрядные ленты двойной плотности (2х2). Для лент со светодиодами SMD3528 это соответственно 60, 120 и 240светодиодов на метр.

Для лент со светодиодами SMD5060 — 30, 60 и 120светодиодов на метр. Ниже в таблице приведены наиболее распространенные ленты в порядке возрастания мощности и, соответственно, яркости свечения.

Потребляемая мощность на 1м, Вт	Потребляемая мощность на катушку	Тип светодиодов и маркировка	Количество светодиодов на 1м	Количество светодиодов на катушку	Многоцветность (RGB)
4,8	24	SMD3528	60	300	нет
7,2	36	SMD5060	30	150	возможна
9,6	48	SMD3528 2x	120	600	нет
14,4	72	SMD5060 2x	60	300	возможна
19,6	98	SMD3528 2×2	240	1200	нет
28,8	144	SMD5060 2×2	120	600	возможна

Также стоит отметить что световой поток 1 Вт светодиодовпримерно равен 100 Лм, т. е. для подсветки хорошо подойдет светодиодная ленты мощностью до 10 Вт на метр. А светодиодные ленты с мощностью более 10 Вт на метр, уже подойдут в качестве основного света или для подсветки темных поверхностей с низкой отражающей способностью.

3) Цвет светодиодной ленты, тип ее подключения.

Определяемся с цветом подсветки – хотим ли мы чтобы подсветка была белая или какого-то одного постоянного цвета свечения. Или нам хочется менять цвет подсветки в зависимости от текущих желаний и предпочтений?

Если нам нужна белая подсветка, то тоже необходимо определиться какая именно. Дело в том, что белый свет может быть разных оттенков (с разной, так называемой, цветовой температурой свечения) холодный белый (10000К-6500К), белый (6500К-5500К), дневной белый (4500К-4000К) и теплый белый (3500К-2700К).

Для декоративной подсветки больше подходит цветная светодиодная лента, она может быть монохромной (одноцветной), либо многоцветной (RGB). Отметим, что RGB светодиодная лента может быть только с крупными светодиодами SMD 5060.

Для подключения одноцветной светодиодной ленты понадобятся только блок питания и сама лента. Если вы хотите регулировать яркость свечения, то понадобится еще одно дополнительное устройство — диммер для светодиодной ленты. Для подключения многоцветной светодиодной RGB-ленты понадобятся не только блок питания и лента, но и RGB-контроллер, который управляет цветом и яркостью свечения RGB-ленты.

Блок питания должен быть подобран в соответствии с напряжением питания светодиодной ленты (12V, 24V, 36V), ее мощностьюи длиной.

Чтобы рассчитать необходимую мощность блока питания нужно умножить длину подключаемой к блоку ленты на ее потребляемую мощность на метр и добавить запас по мощности (10-25%). Запас необходим для надежной работы системы. Например, (10м х 7,2Вт) х 1.25 = 90Вт. Так как блока питания светодиодной ленты мощностью именно 90 Вт нет, то подойдет блок большей (но ни в коем случае не меньшей) мощности -100 Вт.

Как подобрать светодиодную ленту для комнаты.

Обычно светодиодная подсветка разных помещений в квартире или в доме имеет разные цели, например, подсветка комнаты – в основном декоративную, а подсветка кухни – практическую.

Наиболее распространенный вариант использования светодиодной ленты в комнате – закарнизная или витражная подсветка потолка, подсветка стен, полов, ниш или штор. Подобные помещения имеют нормальную влажность, поэтому здесь используется светодиодная лента без влагозащиты. Назначение такой подсветки чаще всего декоративное, поэтому может использоваться светодиодная лента практически любого типа и выбор зависит только от необходимой яркости и цвета. Эффектно будет смотреться подсветка с использованием светодиодной RGB ленты и RGB контроллера.

Как подобрать светодиодную ленту для кухни.

Применение светодиодной подсветки на кухне довольно широко. Она носит не только декоративный, но и практический характер. Кроме всех применений в обычных помещениях, о которых мы писали выше, используется подсветка шкафов и рабочей поверхности кухни. Интересный и необычный вариант использования светодиодной ленты на кухне — светодиодная подсветка нижней (подсветка пола) и верхней частей шкафов. Напольные шкафы, как правило, устанавливаются на ножки, которые затем закрываются панелью или остаются открытыми. Светодиодная лента крепится на нижнюю часть шкафа и освещает пол. Для подобной подсветки нужно использовать герметичную светодиодную ленту, т.к. на нее может попасть вода, например, во время уборки.

Для подсветки верхней части шкафов можно использовать открытую светодиодную ленту, т.к. она крепится на верхнюю часть навесных шкафов и практически не подвергается внешним воздействиям.

Ну а теперь расскажем о практичной и функциональной светодиодной подсветке. Подсвечивать можно не только пространство над и под шкафами, но и внутри них самих, что не только красиво, но и функционально. Светодиодную ленту для подсветки шкафов изнутри можно подключить таким образом, чтобы она включалась вместе с основным освещением кухни, либо использовать ее вместе со специальными датчиками. Существует несколько разновидностей датчиков, среди них датчики, реагирующие на открывание дверцы шкафа, на прикосновение и даже бесконтактные – для включения или выключения света достаточно просто провести рукой рядом с ними, что очень удобно, если у вас мокрые или грязные руки.

Еще более практична подсветка рабочей поверхности. Обычно при приготовлении пищи источниксвета находится за вашей спиной, таким образом, рабочая поверхность закрыта от света, поэтому светодиодная подсветка рабочей поверхности кухни придется очень кстати. Ее устанавливают под навесными шкафами. Важно расположить светодиодную ленту так, чтобы свет падал прямо вниз, либо под углом и не попадал напрямую в глаза.

Существует несколько способов организации подсветки рабочей поверхности:

1) Герметичная светодиодная лента, которая просто наклеивается на нижнюю часть навесного шкафа.

2) Готовые светодиодные светильники BAR. Просто монтируются при помощи клипс или двустороннего скотча, имеют сенсорный выключатель и легко стыкуются между собой, образуя цепь светильников. Внутри светильника находится светодиодная линейка, сверху он закрыта пластиковым экраном, который может быть матовым либо прозрачным. Мы рекомендуем выбирать матовый экран, т.к. с ним светодиоды не так видны,свет более рассеянный и не будет раздражать сетчатку глаза.

3) Сборка светодиодного светильника своими руками. Для этого понадобится светодиодная лента (или светодиодные линейки) и алюминиевый профиль. В нашем каталоге представлен широкий выбор алюминиевых профилей разных форм и экранов для них.

Для подсветки рабочей поверхности используется светодиодная лента белого свечения. Но стоит учитывать, что продукты выглядят максимально натурально при освещении дневным белым светом, а при освещении теплым белым смотрятся даже свежее и лучше, чем есть. Под холодным белым еда выглядит менее аппетитно.

Как подобрать светодиодную ленту для ванной.

Ввиду большой влажности и риска попадания воды в ванной комнате обычно используется герметичная светодиодная лента.

Светодиодная подсветка в ванной комнате чаще всего используется для подсветки потолка и стен. Но существуют другие варианты, например, подсветка ниш и зеркал. Подсветка зеркала может быть как фоновой (контражурное свечение позади зеркала), так и освещающей пространство перед зеркалом. Во втором случае эффектно смотрится подсветка, сделанная за зеркалом, на котором частично удален слой амальгамы (отражающей поверхности).

Как подобрать светодиоды для детской.

Подбирая оформление для детской комнаты, обычно родители стремятся создать обстановку, которая будет приносить в мир ребенка атмосферу радости, тепла и уюта. Большое внимание при этом стоит уделить освещению детской. Для комнаты ребенка лучше всего подойдет яркий, но мягкий свет, психологически комфортный и одновременно не приносящий вреда для глаз малыша. И если вы выбрали для освещения квартиры светодиодные технологии, обратите внимание на светодиодные ленты белого свечения теплых и умеренных тонов. Для настройки яркости свечения можно использовать диммер – регулятор электрической мощности. Существуют устройства как классической модели (вмонтированный в стену механический регулятор в стандартном типоразмере выключателя), так и современные диммеры, имеющие электронную систему управления и дистанционные пульты.

Отдельной радостью для малыша могут стать цветные светодиоды. Если вместо обычных белых светодиодов использовать в качестве основного освещения многоцветные светодиодные ленты RGB+W, возможности по декоративному освещению комнаты будут поистине безграничны. Эксперементируя с пультом RGB-контроллера, вы и ваш ребенок сможете создавать самые разные цветовые комбинации, превращая комнату в детскую сказку. А белые светодиоды, также присутствующие в светодиодной ленте, помогут использовать ее по основному назначению. Также в оформлении детских комнат находят самое широкое применение монохромные цветные светодиоды, которые можно использовать для подсветки мебели и элементов интерьера.

Светодиодные ленты для коридоров и проходных помещений.

Такие места в доме, как коридоры, проходные вестибюли, лестничные пролеты не нуждаются в постоянном ярком освещении. Ведь люди не находятся в этих местах постоянно. Однако часто жителям дома или квартиры приходится пересекать такие зоны для того, чтобы попасть в ту или иную комнату, на кухню или в санузел. И достаточно неудобно, если всякий раз на пути вас будет ждать неосвещенный коридор. Что же делать в таких случаях? Некоторые предпочитают круглосуточно жечь свет в проходных помещениях, другие же обычно оставляют эти зоны темными.

Однако лучшим вариантом решения этой проблемы является использование экономных светодиодных технологий. Светодиодные ленты – самые экономные источники света, они потребляют в несколько раз меньше электроэнергии, чем обычные лампы накала. Расположите умеренно яркую светодиодную ленту вдоль коридора или по периметру проходного помещения, создав равномерное освещение всей зоны. А чтобы сэкономить еще больше электроэнергии, используйте диммер. Этот прибор поможет уменьшить яркость светодиодных ламп до вплоть до еле заметного свечения, которое может подойти для ночной подсветки в квартире.

Освещение спальни с помощью светодиодных лент.

Светодиодные ленты при освещении спальни можно использовать как в качестве дополнительной подсветки, так и в качестве основного освещения. Для создания уютной атмосферы многие используют цветные светодиоды в качестве подсветки для стен, контражурной подсветки зеркал и настенных украшений, а также для освещения потолочной зоны, скрытого под карнизами или с помощью многоуровневой архитектуры потолка. Цвета для подсветки можно выбрать самые разные, ограничиваясь только вопросами вкуса – современные светодиодные технологии сегодня позволяют производить источники света, работающие практически в любом спектре. С помощью светодиодов можно также сделать оригинальную подсветку мебели или встроенное освещение шкафов.

В качестве основного освещения в спальне можно использовать люстру. Однако почему бы не применить для этой цели сверхъяркие светодиодные ленты? Сегодня светодиоды способны создать комфортное, естественное освещение для спальни с возможностями гибкой настройки. Это как светодиодные ленты белого свечения, так и многоцветные светодиодные RGB-ленты. Используя диммеры и продвинутые RGB-контроллеры, вы сможете управлять светом в вашей спальне по своему усмотрению.

Светодиодные технологии для гостиной.

Гостиная – это сердце вашей квартиры, место, где отдыхает семья, собираются родственники и гости. Именно поэтому многие подходят к оформлению гостиной особенно тщательно. Как правило, это самая просторная комната в доме, поэтому здесь находят место самые различные идеи для оформления интерьера. Касается это и вопроса освещения.

Если вы решили использовать для освещения гостиной светодиоды, знайте: вы не ошиблись с выбором! С помощью них можно создать и мощный поток естественного белого света, и причудливую подсветку, спрятанную в глубине многоуровневого потолка или под системой карнизов. Также удачной идеей будет оформление интерьерной подсветки с помощью светодиодных лент. А если вы используете гостиную как помещение для семейных праздников, стоит задуматься о приобретении для этой комнаты многоцветных светодиодных лент, которые при желании с легкостью создадут в гостиной атмосферу вечеринки, находясь под управлением хозяина, которое тот осуществляет с помощью RGB-контроллера. Для светодиодных лент белого свечения также можно использовать диммеры, чтобы вы могли контролировать яркость света, самостоятельно выбирая зону комфорта.

Блог » Технические характеристики мощных светодиодов CREE

Американская компания CREE является ведущим производителем твердотельных источников света. Разработанные и выпускаемые ею светодиоды семейства XLamp серий XR, XP, MC отличаются высокой эффективностью и экономичностью, что позволяет создавать на их основе современные технологичные и экологически безопасные осветительные приборы.

Итак немного расшифруем обозначения.

Например на фонаре написано: светодиод CREE XP-E R2

CREE — естественно название производителя диода

XR-E, у CREE бывает XP-E, XP-G, у других фирм встречается P4, P7 и т.д. — это обозначение самого диода.

R2 — бин яркости. Бин показывает, сколько люмен выдает светодиод при потреблении 1 ватта энергии, для светодиода это ток 350 мА. В английском языке этот параметр называется flux bin. На сегодняшний момент встречаются Q2, Q3, Q4, Q5, R2, R3, R4, R5, S2. В таблице ниже видно, сколько люмен с какого диода можно получить.

Q2-Q5 и R2 есть у XR-E диодов, у R2, R3 — есть у XP-E, R4-R5 и S2 — только у XP-G.

В чем основная разница, кроме яркости?

XR-E — самый старый и встречающийся только моделях фонарей, которые довольно давно на рынке. XR-E внешне очень легко определить, у него большая полусфера покрывает диод, сам кристалл больше чем у последующих серий (для сравнения на XP серии это такая себе капелька, размер XP-E по сравнению с XR-E был сокращён на 80%. XP-E от XP-G отличается тем, что у Е — три полоски на диоде, у G серии — четыре, получается что площадь XP-G выше.

Следовательно, в одинаковых по размеру, строению отражателях самый дальнобойный является XP-E, так как у него самый маленький кристалл, и, самый маленький источник света, так как его легко сфокусировать в узкий луч, потом XR-E, а самый широкий луч у XP-G, не из-за размера кристалла, а из-за сложности фокусировки, об этом ниже.

Если диоды расположить по энергоэффективности от самого слабого к самому яркому, то получим XR-E — XP-E — XP-G, где последний самый энергоэффективный, см. таблицу ниже.

Казалось бы, если есть самый яркий и самый новый и эффективный диод XP-G, то почему все известные и уважаемые производители фонарей не спешат переходить на этот диод. Причина проста. Каждый диод требует специально спроектированный отражатель для получения приемлемого светового пучка.

Рассмотрим все серии. Если посветить фонарем на ровную стену, то увидим следующие артефакты:

У XP-E — идеальная картинка без каких-либо недостатков: хорошо и равномерно сфокусированный центральный пучок и ровная боковая засветка без провалов.

У XP-G при фокусировке с помощью отражателя может наблюдаться так называемая дырка от бублика, когда центральный пучок света представляет собой бублик с заметным потемнением внутри. Это не вина производителей фонарей, а особенность диода. Поэтому такие фирмы как Fenix, Jetbeam, Nitecore, Zebra, 4sevens не спешили обновлять свой модельный ряд, а другие в гонке за новинками либо ставили сильно текстурированный отражатель, либо вообще просто применяли отражатели для других типов диодов. Все это негативно отражается на фокусировке луча и дальнобойности фонарей. По мнению многих экспертов фонари на этом типе диодов проигрывают по дальности старым моделям на XP-E и XR-E.

XM-L — является настоящим шедевром данной компании! Это новейшая разработка 2011 года! С момента изобретения данного светодиода 95% мощных фонарей строятся именно на нем! Данный диод обладает выдающимися характеристиками. Его яркость достигает до 1000 люмен при токе 3А !

В таблице представлены характеристики светодиодов, применяемые в фонарях.

XP-E

XP-E2

XP-G

XP-G2

XM-L

Статьи | диодыч.рф

Светоизлучающий диод (СИД) является полупроводниковым источником света. Светодиоды используются в качестве индикаторов во многих устройствах и все чаще используются для освещения. В качестве электронного компонента, пригодного для практического использования, был разработан в 1962 году. Первые образцы излучали красный свет низкой интенсивности, но современные версии излучают во всей видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра с очень высокой яркостью.

Светодиод разработан на базе полупроводникового диода. Когда на диод подается рабочее напряжение, электроны с дырками меняются местами, высвобождая энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией и цвет света (соответствует энергии фотона) определяется энергией запрещенной зоны полупроводника. Светодиодные кристаллы, как правило, небольшие по площади (менее 1 мм2), диаграмма распределения света и индекс отражения формируется дополнительной оптической системой, входящей в конструкцию светодиода. Светодиоды имеют много преимуществ по сравнению с лампами накаливания и другими источниками света, включая низкое потребление энергии, большой срок службы, повышенную надежность, меньший размер, быстрое включение и большую долговечность. Тем не менее, они достаточно дороги и имеют повышенные требования к питанию и рассеиванию тепла по сравнению с традиционными источниками света. Текущие образцы светодиодной продукции для общего освещения являются более дорогостоящими, чем флуоресцентные источники сопоставимых параметров.

Светодиоды все чаще используются в автомобильной электронике в качестве указателей поворотов, габаритных огней и стоп-сигналов. Светодиодные светофоры уже являются обыденным способом регулировки движения. Компактные размеры светодиодов позволяют разрабатывать новые типы дисплеев и экранов, а их высокая скорость переключения полезна в передовых коммуникационных технологиях.

Электролюминесценция кристалла карбида кремния (зеленого цвета ) была обнаружена в 1907 году английским ученым Раундом в лаборатории Маркони. Этому явлению тогда не придали значения. В 1923 году советский ученый О.В. Лосев, работая в НРЛ (Нижегородской радиолаборатории), проводил глубокие исследования такого явления, как излучательная рекомбинация, а так же наблюдал излучение света, исходящее из кристаллов карбида кремния SiC (карборунда). Длительные исследования позволили сформулировать основной принцип электролюминесценции полупроводниковых структур — инжекционная рекомбинация. В 1927 Лосев запатентовал принцип полупроводникового свечения. Изобретение было опубликовано в российских, немецких и английских научных журналах, но практического применения не получило. В 1955 году Р.Браунштейн из Radio Corporation of America заявил о наличии инфракрасного излучения арсенида галлия (GaAs) в комбинации с другими полупроводниковами сплавами. Браунштейн наблюдал инфракрасное излучение, генерируемое простой диодной структурой на основе антимонида галлия (GaSb), арсенида галлия, фосфида индия (InP) и кремниево — германиевого сплава (SiGe) при комнатной температуре.

В 1961 году разработчики Р.Бард и Г.Питман, работающие в компании Texas Instruments, обнаружили что сплав арсенида галлия производит инфракрасное излучение при пропускании через него электрического тока и получили патент на ИК светодиод.

Первый светодиод, излучающий свет видимого спектра, был изобретен в 1962 году Н.Холоньяком, работающим в компании General Electric. С тех пор многие называют его «отцом» современных светодиодов. Чтобы понять, что это не так, достаточно изучить исторические справки о исследованиях О.В.Лосева и других именитых ученых 20-50 г.г. двадцатого века. Однако история несправедлива, и мы имеем то, что имеем, и в 60-х годах Россия потеряла приоритет в изобретении полупроводниковых источников света.

В 1972 году бывший студент Холоньяка Г.Грэфорд изобрел желтый светодиод и увеличил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в десять раз. В 1976 году Т.Пирсэлл создал первый сверхяркий светодиод для световолоконных телекоммуникаций, изобретя новые полупроводниковые сплавы, специально приспособленные для передачи света по оптоволокну.

Вплоть до 1968 года видимые и инфракрасные светодиоды имели огромную себестоимость, около 200 USD за штуку, что создавало трудности для практического применения. Но в 1968 году фирма Monsanto впервые организовала массовое производство светодиодов видимого света на базе арсенида-фосфида галлия (GaAsP), пригодных для применения в качестве индикаторов. Компания Hewlett Paccard, представившая светодиоды в 1968 году, использовала светодиоды Monsanto для производства цифровых дисплеев и калькуляторов.

Преимущества перед другими искусственными источниками свечения

---

• Экономичность энергопотребления. В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений.

• Высокая надежность, механическая прочность светодиодных светильников. Отсутствие нити накаливания дает высокую виброустойчивость.

• Срок службы светодиодных светильников значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 100 000 реальных часов, что эквивалентно более 20 годам эксплуатации, при 12 часовой работе в день). С течением времени такие его основные характеристики как световой поток и сила света практически не претерпевают изменений. Все элементы светильника долговечны, в отличии от ламп, где применяются нити накала. Для сравнения галогенная лампа работает 1000 часов, металлогалогенная лампа – 3000 часов.

• Отсутствует необходимость замены светодиодов и обслуживания светильников в течение всего срока эксплуатации позволяет значительно экономить на обслуживающих мероприятиях и персонале.

• В светодиодных светильниках достигается высокая контрастность, что обеспечивает лучшую четкость освещаемых объектов (зданий, строений, подъездов, дворов, рекламных щитов, складов, охраняемых территорий, парков) и цветопередачу (индекс цветопередачи 75-85).

• Полная экологическая безопасность позволяет сохранять окружающую среду, не требуя специальных условия по утилизации (не содержит ртути, ее производных и других ядовитых, вредных или опасных составляющих материалов и веществ).

• Cветодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

• Светодиоды дают возможность получить любой необходимый цвет излучения.

• Конструкции на основе светодиодов оказываются весьма компактными и удобными в установке.

Уже в настоящее время светодиоды вполне способны заменить лампы накаливания, а в ближайшем и люминесцентные лампы. Почти 30% мировой электроэнергии уходит на освещение, и проблема энергосбережения стала одной из важнейших, связанной с экономикой и охраной окружающей среды. В том случае, если все прогнозы, касающиеся светодиодов оправдаются, то затраты на электроэнергию уменьшаться в 2 раза. Скорее всего, что уже совсем скоро мы станем свидетелями новых открытий и увидим появление абсолютно новых оптоэлектронных приборов и устройств освещения.

Угол половинной яркости

Производитель обычно указывает такой параметр, как двойной угол половинной яркости. Что означает этот термин ? Как мы выяснили, максимум света светодиод дает в центре, то есть угол равен нулю. Соответственно, чем дальше от центра, тем меньше света. Угол половинной яркости — это когда на «0» градусов светодиод дает 100 условных единиц света, а, например, на 30 градусах (относительно оси «0») — 50. На рисунке I — сила света, Imax — максимальная сила света. ImaxCos — половина силы света. Почему «двойной» — умножаем градусы на два, светодиод же симметрично светит. В итоге мы получаем симпатичный равнобедренный треугольник света. За пределами этого треугольника тоже свет есть, у нас же шарик света, но точка отсчета для характеристики светодиода — это половинный угол.
Кандела
Теперь можно рассмотреть, что же такое Кандела. Кандела — это, по старому, «свеча». Помните, раньше говорили — люстра или лампа в сто свечей ? В прежние времена нужна была какая-то точка отсчета. Договорились взять нужной толщины свечку, зажечь и считать ее эталоном, этим самым канделом. В наши времена, конечно, считают по-другому. Я не буду подробно объяснять — как, это за рамки статьи уже выходит. Просто есть единица измерения силы света, и она называется Кандела. Ее основная особенность — применение для измерения силы света направленных источников. Вот почему для 5 мм светодиодов значения указываются в канделах, точнее, милликанделах (1 cd=1000 mcd).
Пришло время разобраться, чем 5 мм светодиоды или любые другие в пластиковом корпусе отличаются от мощных.

Особенности конструкции индикаторных 5 мм светодиодов

Как уже говорилось выше, светодиод — это излучающий свет кристалл. Рассмотрим конструкцию светодиода в 5 мм пластиковом корпусе. При внимательном рассмотрении мы обнаруживаем две важных вещи — линзу и рефлектор. В рефлектор помещается кристалл светодиода. Этот рефлектор и задает первоначальный угол рассеивания. Затем свет проходит через корпус из эпоксидной смолы. Доходит до линзы — и тут начинает рассеиваться по сторонам на угол, зависящий от конструкции линзы. На практике — от 5 до 160 градусов. Для обозначения силы света таких светодиодов как раз и используется кандела. Светодиоды с направленным свечением излучают свет в некотором телесном угле. Чтобы понять, что такое телесный угол, достаточно представить следующую картину. Вы берете фонарик, включаете и помещаете его в пожарное ведро в самый низ, затем закрываете крышкой. Свет внутри, соответственно, имеет вид конуса по форме нашего ведра. Вот этот конус, ограниченный крышкой — и есть телесный угол. Попробую объяснить смысл распределения света попроще. Допустим, сила света нашего фонаря — 1 кандела, то есть 1000 милликандел(чтобы было более образно, можно считать милликанделы фотонами :)) Если и дальше идти по аналогии, у нас есть полное ведро милликандел. Объем ведра при желании можно вычислить — добро пожаловать в геометрию 🙂 Соответственно, если мы возьмем ведро в два раза больше — милликанделы равномерно по нему распределятся, то есть больше их не станет, просто снизится плотность. Поэтому не гонитесь за канделами, когда выбираете светодиод — чем шире его угол, тем меньше кандел — у одного и того же.

В отличие от индикаторных светодиодов, мощные — это не только прибор, но и маркетиновый продукт. На сегодняшний день между крупными производителями происходит настоящая гонка за люмены — кто больше ? И никого не волнует, что люмены эти надо еще применить. Давайте по порядку.
Основное отличие мощного светодиода от индикаторного в чистом виде — сведение к минимуму каких-либо препятствий для выхода света из корпуса светодиода. Поэтому мощные светодиоды имеют ламбертовскую диаграмму. К чему это приводит на практике ? Вы включаете светодиод и получаете симпатичный световой шарик над ним. И что дальше делать ? Как им осветить нужную вам поверхность ? Вам приходится применять различную оптику или рефлекторы, что неизбежно ведет к потерям, а значит и снижению светового потока. Поэтому, если, купив мощный светодиод, вы не обзавелись хорошей оптикой, причем рассчитанной именно на его конструкцию — рано радуетесь — головная боль еще впереди.
Доставить нужные вам люмены до поверхности, которую нужно осветить — непростая задача.

Люмен

Как вы уже поняли, канделы для оценки силы света мощных светодиодов не подходят. Для этого существуют люмены — это общее количество света, которое может дать светодиод при подключении с заданными значениями тока и напряжения. Будем считать, что если светодиод имеет силу света 100 люмен . Обычная электрическая лампочка на 100 Вт — это тоже ламбертовский источник. Средняя светоотдача этой лампочки — 10-15 люмен на ватт. То есть 100 ватт лампы накаливания дадут нам, скажем, 1000 люмен. Значит, чтобы заменить лампу 100 вт светодиодами, нужно 10 шт по 100 люмен. Вот так вот все просто ? Нет, к сожалению. Мы подходим к такому термину, как ЛЮКС.

Люкс

Люкс — это соотношение количества люмен и освещаемой площади. 1 люкс — это 1 люмен на квадратный метр. Допустим, у нас есть квадратная поверхность площадью один метр. Вся она равномерно освещена лампочкой, расположенной на некотором расстоянии отвесно сверху . Для этой лампочки производитель заявил освещенность 100 люкс. Берем прибор, называемый люксметр и померяем в любой точке нашего квадрата, мы должны получить 100 люкс. Если это так — производитель нас не обманул. Это касается источника света, который во все стороны светит одинаково (ламбертиановский источник ). Но светодиод — это точечный источник. А это означает, что наибольшую силу света он имеет на оси, перпендикулярной плоскости кристалла. Иными словами, подвесив светодиод на потолок и померяв люксметром, мы увидим, что чем дальше от оси, тем меньше показания прибора. Все вы наверняка сталкивались с точечными лампами накаливания — это так называемые «зеркалки». Задняя часть колбы у этих ламп покрыта зеркальным составом, и светят они только вниз. Вот вам и аналог.

Что такое деградация светодиодов?

В процессе работы светодиоды, в отличии от традиционныхе источников света, не излучают тепло. Они проводят его в направлении от p-n перехода к расположенному на корпусе теплоотводу. При этом образуется множеством тепловых сопротивлений: «p-n переход – теплоотвод корпуса», «теплоотвод корпуса – печатная плата», «печатная плата – теплоотвод», «теплоотвод – окружающая среда». Таким образом различают температуру: T_B — монтажной платы, T_S — подложки, T_J — p-n-перехода, T_A — окружающей среды.

Вследствие этого, использование мощных светодиодов связано с потенциальной возможностью чрезмерного увеличения температуры перехода, от которой напрямую зависят надежность и световые характеристики светодиодов. Если соблюдать рекомендации тепловых режимов от производителей, светодиод способен проработать десытки лет. Нарушение же теплового режима (обычно это работа с температурой перехода более 120…125°С) может привести к снижению срока службы до 10 раз. Кроме того, повышение температуры перехода приводит к снижению яркости свечения и смещению рабочей длины волны светодиода. Этот процесс называется — деградация кристала светодиода. Он приводит к разрушению кристалической решетки, в ней появляются дефекты. Эти области попросту грееются и не излучают свет. Также это происхродит из-за электрической миграции материала, из которого сделаны электроды, приваренные к кристаллу. В кристалл проникают атомы металлов, из которых сделаны электроды, и нарушают кристаллическую структуру.

При деградации кристалла возрастает ток утечки, то есть значительная часть тока начинает проходить не через те участки кристалла, которые излучают свет. В результате уменьшается напряжение на электродах светодиода, а значит, уменьшается мощность. Деградация кристалла проявляет себя также снижением напряжения на светодиоде. Эта особенность используется для автоматического отключения вышедшего из строя светодиода.

Следует различать максимальную рабочую температуру светодиода и максимально допустимую температуру p-n-перехода. Срок службы светодиода определяется температурой p-n-перехода. Но поскольку эту температуру можно измерить только в лабораторных условиях с применением сложных и дорогостоящих методов, при проектировании используются математические методы, позволяющие связать ее с температурой в тех или иных точках корпуса светодиода.

Скорость деградации светодиода значительно увеличивается при повышении силы тока свыше номинального значения, а также при повышении температуры. Также возникновение дефектов в кристаллической решетке может происходить от действия статического электричества, поэтому рекомендуется осуществлять монтаж светодиодов с соблюдением стандартных мер по защите от статического электричества.

Вывод: отвод тепла от кристалла светодиода является одним из основных требований при проектировании и производстве светодиодных светильников.

Драйвер

В общем случае драйвер — это источник тока для светодиодов. Для него обычно не бывает параметра «выходное напряжение». Только выходной ток и мощность. Впрочем, вы уже знаете, как можно определить допустимое выходное напряжение — делим мощность в ваттах на ток в амперах.
На практике это означает следующее. Допустим , параметры драйвера следующие : ток — 300 миллиампер, мощность — 3 ватта. Делим 3 на 0,3 — получаем 10 вольт. Это максимальное выходное напряжение , которое может обеспечить драйвер. Предположим, что у нас есть три светодиода, каждый из них рассчитан на 300 мА, а напряжение на диоде при этом должно быть около 3 вольт. Если мы подключим один диод к нашему драйверу, то напряжение на его выходе будет 3 вольта, а ток 300 мА. Подключим второй диод последовательно (см. пример с лампами выше) с первым — на выходе будет 6 вольт 300 мА, подключим третий — 9 вольт 300 мА. Если же мы подключим светодиоды параллельно — то эти 300 мА распределятся между ними примерно поровну, то есть примерно по 100 мА. Если мы подключим к драйверу на 300 мА трехваттные светодиоды с рабочим током 700 мА — они будут получать только 300 мА.
Надеюсь, принцип понятен. Исправный драйвер ни при каких условиях не выдаст больше тока, чем он рассчитан — как бы вы не подключали диоды. Надо отметить, что есть драйвера, которые рассчитаны на любое количество светодиодов, лишь бы их общая мощность не превышала мощность драйвера, а есть те, которые рассчитаны на определенное количество — 6 диодов, например. Некоторый разброс в меньшую сторону они, впрочем, допускают — можно подключить пять диодов или даже четыре. КПД универсальных драйверов хуже чем у их собратьев, рассчитанных на фиксированное количество диодов в силу некоторых особенностей работы импульсных схем. Также драйвера с фиксированным количеством диодов обычно содержат защиту от нештатных ситуаций. Если драйвер рассчитан на 5 диодов, а вы подключили три — вполне возможно , что защита сработает и диоды либо не включатся либо будут мигать , сигнализируя об аварийном режиме. Надо отметить, что большинство драйверов плохо переносят подключение к питающему напряжению без нагрузки — этим они сильно отличаются от обычного источника напряжения.

Как выбрать светодиодную ленту — Блог

Светодиодная лента (LED-лента) – это осветительный прибор, состоящий из гибкой основы, на которой расположены светоизлучающие кристаллы, помещенные в специальные корпуса. LED-ленты широко используются в бытовых помещениях различного назначения, в качестве декоративной подсветки или основного освещения. Чтобы выбрать нужную вам ленту из множества вариантов, представленных в магазине GTV-Меридиан, необходимо определиться с ее назначением конкретно в вашем случае.

Как выбрать светодиодную ленту для освещения дома: основные характеристики

Сначала обозначим критерии, которыми нужно руководствоваться, выбирая светодиодную ленту:

1. цвет или цветовая гамма свечения;
2. яркость светового излучения;
3. цветовая температура;
4. степень защиты от влаги.

Также обратить внимание на мощность выбранной ленты, так как дополнительно необходимо приобрести соответствующий блок питания.

Цвет свечения LED-лент

Итак, первое, о чем задумывается большинство покупателей – каким цветом будет гореть светодиодная лента? Здесь нужно выбрать один из двух вариантов:

У монохромной ленты единственный фиксированный цвет свечения, и если вам этого достаточно, то вы выбираете нужный цветовой оттенок из предложенного ассортимента. В нашем интернет-магазине представлены LED-ленты следующих цветов:

Если же вы хотите получать практически любой оттенок свечения, то вам нужна RGB-лента. Называется она так потому, что требуемый вариант достигается за счет смешивания трех цветов; красный (Red), зеленый (Green), синий (Blue). Многоцветная лента также входит в ассортимент GTV-Меридиан, у нас целый ряд таких товарных позиций, дополнительно различаемых по другим параметрам, которые поясним далее.

Яркость свечения светодиодных лент

После выбора цветового решения, следующий важный вопрос — яркость свечения ленты. Она определяется типом светодиодов (обозначен четырехзначным числом) и их количеством на одном погонном метре. Дадим характеристику каждому виду диода с практической точки зрения, обозначенный в наименованиях наших товаров (первые две цифры – длина диода, а вторые две – его ширина в миллиметрах).

• 3528 (3,5мм x 2,8 мм) – классический вариант для декоративной подсветки, когда от ленты не требуется функции основного освещения помещения. Отличается умеренной яркостью и малой мощностью.
• 2835 – несмотря на те же размеры, что и в предыдущем типе, данный светодиод обладает большой яркостью свечения и значительной мощностью, за счет иной внутренней конструкции. Лента с такими диодами используется в качестве основного источника света в помещении, а также для уличного освещения. Для компенсации слепящего эффекта и отвода тепла в результате сильного нагревания, при монтаже рекомендуется помещать данную ленту в профиль с матовым экраном.
• 5050 – средний вариант между сильным освещением (2835) и «мягкой» подсветкой (3528), популярный для использования в бытовом интерьере.
• 3014 – светодиод малого размера, обладающий улучшенными характеристиками, такими как повышенный теплоотвод и устойчивость к температурным перепадам и высокой влажности.
• 5630 – аналогично предыдущему типу обладает повышенной устойчивостью к следующим негативным факторам; влажность, изменения температурного режима и вибрации. Диоды 5630 характерны высокой мощностью и обеспечивают сильное свечение.

Зависимость яркости ленты от количества диодов на метр определяется просто; чем больше диодов на погонном метре, тем ярче видимый свет ленты (с учетом типа диода). В ассортименте GTV-Меридиан по плотности диодов (количеству на метр) можно выбрать ленту из следующих вариантов:

Таким образом для декоративной (фоновой) подсветки мебели или предметов интерьера подойдут ленты с маломощными диодами (3528) и низкой плотностью (30 – 60 шт. на метр). А если требуется сильное основное освещение, то имеет смысл выбирать из лент с типами диодов 2835, 3014 с плотностью 120 – 240 шт. на метр.

Цветовая температура светодиодных лент

Следующий важный момент при выборе – зрительное восприятие светового потока, в том случае, когда вы выбираете монохромную ленту с белым свечением. Оттенок белого определяется цветовой температурой (измеряется в градусах Кельвина) и характеризуется, согласно европейским нормам, тремя значениями:

• Теплый (менее 3500 К),
• Нейтральный (от 3500 до 5300 К),
• Холодный (более 5300 К).

Комфортное восприятие видимого излучения у каждого человека субъективно, но в качестве понятной стандартизации можно сказать, что:

• Теплый свет – мягкий для зрения.
• Нейтральный свет – близок по восприятию к естественному дневному.
• Холодный свет – резкий для глаз, но видимый эффект также зависит от типа и плотности светодиодов, о чем говорилось выше.

Влаго- и пылезащищенность

В зависимости от того, где будет установлена ваша лента (гостиная, кухня, ванная или помещение другого назначения, улица), нужно определиться с требуемой защитой от внешних факторов, в первую очередь – влаги. Глобально по этому признаку LED-ленты делятся на Открытые и Влагозащищенные, но для более точного выбора следует обратить внимание на параметр IP (степень защиты от влаги и твердых предметов/пыли). В нашем ассортименте представлены светодиодные ленты со следующими значениями IP:

• IP20 – электрические контакты ленты защищены от соприкосновения с пальцами / нет защиты от влаги,
• IP44 –диоды и другие токопроводящие элементы ленты защищены от контакта с толстыми проводами, большинством болтов и другими крепежными изделиями, диаметр которых более 1 мм / лента защищена против брызг жидкости,
• IP65 –у ленты максимальная защита от пыли / защита от сильных струй воды,
• IP67 – также предельная пылезащищенность / защита в случае кратковременного (1-2 минуты) погружения в воду на глубину не более 1 метра.

Как выбрать блок питания для светодиодной ленты

Определившись с выбором светодиодной ленты, необходимо подобрать к ней соответствующий блок питания (трансформатор) для подключения к электросети. В нашем ассортименте есть несколько моделей LED-лент, с напряжением питания 220 Вольт, которые подключают к бытовой розетке, но у подавляющего большинства одно из двух значений напряжения:

Блок питания подбирается исходя из значений напряжения и мощности, указанных в характеристиках конкретной светодиодной ленты. Если с напряжением всё очевидно (U ленты = U трансформатора), то с выбором по мощности есть пара важных нюансов:

1. Лента продается в виде катушки, в количестве 5 метров. Это максимально возможная длина LED-ленты для прямого подключения к блоку питания. Если вы приобретаете и хотите подключить более 5 метров в одном помещении, требуется либо параллельное подключение отрезков ленты не более 5 метров к одному блоку питания, либо использование отдельных трансформаторов для каждого из отрезков.
2. Часто для подключения ленты в конкретном помещении, вам требуется метраж менее 5 метров. В таком случае вы отрезаете нужную длину ленты (строго по линии отреза, указанной на ленте) и подключаете к блоку питания при монтаже. Соответственно трансформатор вы подбираете, чтобы запитать этот конкретный отрезок. По мощности блок питания берется с запасом минимум 15-20%, с округлением в сторону большего. Пример: вы выбрали ленту с заявленной мощностью 9,6W на метр. Требуется запитать 3 метра. Мощность трансформатора рассчитывается по формуле: (9,6 x3) + 15%. Итого 33,12. Из нашего ассортимента подойдут блоки питания 35 или 40 Ватт, а также более высоких значений.

И в завершении рекомендаций по выбору трансформатора отметим еще один важный момент:

— если вы покупаете влагозащищенную ленту, то и блок питания должен быть влагозащищенным (в нашем ассортименте со значением IP не менее 65).

По всем дополнительным вопросам, возникающим в процессе выбора светодиодных лент, обращайтесь к специалистам нашей компании.

Смотрите также

Как выбрать

Кухонные выдвижные ящики Модерн Бокс (Modern Box)

Модерн Боксы — назначение и особенности систем выдвижения бренда GTV

7789 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Сетчатые корзины для шкафов и гардеробных систем

Сетчатые корзины для шкафов — широко используемые удобные контейнеры для хранения одежды в гардеробных системах.

11098 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Направляющие для выдвижных ящиков: шариковые или роликовые?

Выдвижной ящик — повсеместно используемый функциональный мебельный элемент. Фактически это емкость для хранения предметов, устанавливаемая в мебельные конструкции различного назначения.

14077 просмотров

Подробнее

Как использовать

Установка роликовых направляющих

При сборке корпусной мебели нередко выполняется установка роликовых направляющих, при помощи которых выдвигаются ящики. На первый взгляд, это несложный процесс, который под силу даже начинающим мастерам, однако монтаж фурнитуры требует внимательного и ответственного подхода, ведь именно от него во многом зависят срок службы и функциональность готовой конструкции.

38853 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Ручка Гола (Gola) и ее аналоги: преимущества, комплектующие, особенности монтажа

Профили Gola и их конструктивные аналоги — набирающая все большую популярность система открывания фасадов, без использования традиционных мебельных ручек.

25827 просмотров

Подробнее

Как сделать

Как установить мебельный газлифт?

Мебельный газлифт прямого действия – механизм для открывания фасада вверх и закрывания вниз, а также для фиксации открытой мебельной дверцы в определенном положении.

11898 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Амортизаторы для мебели

Амортизаторы для мебели – важные бытовые приспособления, обеспечивающие тишину при эксплуатации мебельных изделий и увеличивающие срок их службы.

9593 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Мебельные петли для шкафов: разновидности

Новые тенденции в дизайнах современных интерьеров повышают требования к изготовлению мебели. Элементы модульных конструкций становятся функциональнее: хочется, чтобы дверцы шкафов можно было открывать наверх, распахивать максимально широко или вовсе сделать дверцы-гармошки.

11661 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Как выбрать светодиодную ленту

Виды LED-лент, их основные характеристики и блоки питания к лентам.

8398 просмотров

Подробнее

Как использовать

Рейлинги для кухни

При использовании горизонтальных рейлингов их размещают на высоте около 40–50 см от столешницы. Расстояние от верхних модулей до трубы должно составлять не менее 8–10 см. Минимально приемлемой высотой размещения конструкций от пола является 90 см, максимум – от 170 до 180 см.

11595 просмотров

Подробнее

Как выбрать

Виды ручек для мебели

Мебельные ручки – маленькая, но значимая деталь. Это акцент, который помогает поддержать выбранный в интерьере стиль. Если вы заказываете новую мебель или желаете обновить уже имеющуюся — у вас всегда есть возможность подобрать ручки отдельно, и очень важно выбрать их правильно.

13050 просмотров

Подробнее

Светодиодное освещение в школах, противоречия требований

     При применении светодиодных светильников в детских садах и лечебных учреждениях крайне трудно выполнить требование, касающееся недопущения попадания в поле зрения прямого излучения светодиодов (требование п. 3.1.5 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03).  Так как и дети в детских садах, и проходящие лечение в медицинских учреждениях могут находиться в лежачем положении, и в этом случае направление взгляда может совпасть с осью светового отверстия светильника. В таком случае никакие защитные углы осветительного прибора не защитят глаза от слепящего воздействия источников света. Проблема в том, что значительный световой поток излучается сравнительно малой поверхностью светодиода, что и вызывает зрительный дискомфорт при попадании в поле зрения прямого излучения светодиодов – светящаяся поверхность светодиода очень яркая.

     Хотя, если использовать светильники отраженного света, у которых световой поток направлен на потолок, то можно обеспечить хорошую световую среду и в спальных помещениях. В этом случае помещение освещается светом, отраженным от потолка. Если такие светильники подвесить на расстоянии 0,5 – 1 метра от потолка, а потолок покрасить качественной белой краской с хорошей отражательной способностью, то лишь 15 – 20 % светового потока будет потеряно. Но зато таким образом можно обеспечить комфортное освещение.

 

     Основные проблемы светодиодного освещения:

1. Пульсации светового потока. Некоторые светильники имеют пульсации 30-50%, а пульсации светового потока у отдельных экземпляров достигают 90%.  Многие производители светодиодных осветительных приборов эту проблему давно решили. Но, пока еще значительная часть светильников не удовлетворяет современным требованиям.

      А механизма контроля качества осветительных приборов по существу нет. Это одна из главных причин, почему внедрение светодиодных источников света проходит столь медленно, несмотря на запрет использования ламп накаливая мощностью 100 Вт и выше и планов по запрету производства ламп накаливания мощностью 60 и 75 Вт.

     Наш зрительный аппарат воспринимает пульсации освещенности с частотой электрической сети, но мозг проделывает большую работу, что бы мы видели окружающую обстановку как бы при неизменной во времени освещенности. При уровне пульсаций более 20% мозг перегружается, в результате чего появляется синдром «вечной усталости», который сопровождается повышенной утомляемостью, головными болями и другими неприятными явлениями. У взрослых наблюдается потеря трудоспособности на десятки процентов. А школьники перестают усваивать изучаемый материал.

     Аналогичная проблема наличия пульсаций светового потока присуща и светильникам с люминесцентными лампами. Но использование электронных пускорегулирующих аппаратов позволяет обеспечить пульсации не боле 2-3% в течение всего срока службы светильника.

2. Увеличение пульсаций светового потока после 1 — 2 лет эксплуатации светильника. Сам светодиод может проработать и 50 тысяч часов. Но электронные компоненты, входящие в состав блоков управления светильников часто выходят из строя значительно раньше. Особенно если блок управления расположен непосредственно в корпусе самого источника света и подвергается значительному нагреву. В первую очередь выходят из строя электролитические конденсаторы, осуществляющие сглаживание пульсаций напряжения. Именно поэтому на упаковке светодиодной лампы, предназначенной для прямой замены ламп накаливания, можно прочитать две противоречивые надписи:

— время работы 25 лет;

— гарантийные обязательства 1 год.

     То есть производитель гарантирует сохранение параметров лампы всего лишь в течение одного года. Поэтому производители светодиодов часто «забывают» указывать важнейший параметр источника света – пульсации светового потока. Но в течение 25 лет ни один электролитический конденсатор, работающий при высокой температуре окружающей среды, не сохранит своих параметров. Очень часто уже по прошествии 2 – 3 лет они вспучиваются и выходят из строя. Поэтому блок управления всегда, если есть возможность, стараются выполнить отдельно от самой лампы, что позволяет избежать нагрева электронных компонентов и увеличить их срок службы.

     У ламп накаливания пульсации светового потока находятся в пределах 10 – 15% (чем мощнее лампа, тем меньше пульсации) и практически не меняются в течение всего срока службы лампы. Если лампа накаливания подключена к электрической сети без использования регулятора яркости (диммера), изменяющего напряжение на лампе, то она всегда работает хорошо весь свой срок службы (около 1000 часов, галогенные лампы накаливания могут работать 2 – 3 тысячи часов). Использование диммеров часто приводит к возникновению пульсаций при  низких напряжениях на лампе и лампы иногда даже гудят. Лампа накаливания вследствие инерционности нагретой нити спирали не может иметь пульсации светового потока десятки процентов. Она работает либо хорошо, либо не работает после перегорания нити спирали. И, к сожалению, все ограничения на использование ламп накаливания преждевременны, так как пока взамен этим источникам света с гарантированным качеством (качество обеспечивается самой конструкцией лампы накаливания) не предложены никакие другие источники света с таким же гарантированным качеством. Обустраивая светодиодное освещение, мы можем приобрести светильники, имеющие как лучшие параметры по сравнению с лампами накаливания, так и существенно худшие. Качество светодиодного светильника или лампы, заменяющей лампу накаливания, в первую очередь зависит не от качества самих светодиодов, а от использованной схемы блока управления и от качества использованных электронных компонентов. Причем у одного и того же производителя светодиодных светильников могут быть как качественные осветительные приборы, так и не отвечающие современным требованиям.

3. Наличие опасной для глаз синей составляющей в спектре излучения. Эта неприятная особенность светодиодных источников света широко описана в литературе, например в подборке статей  в журнале  «Светотехника» №3 за 2012 год, (http://www.sveto-tekhnika.ru/files/2012/2012_3_ru.pdf) и отражена в стандартах: ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность» и в статье Освещение — требования к спектру ламп.

     Что бы избежать воздействия на глаза синей составляющей света следует использовать светодиоды с цветовой температурой не выше 4000К , а для освещения помещений для детей 3000К и ниже. Лампы с более низкими значениями цветовой температуры используют в спальных помещениях.

4. Светодиодные светильники, как отмечалось выше, часто слепят глаза из-за большой яркости  поверхности светодиода. Поэтому следует использовать светильники, у которых либо световой поток направлен на потолок, либо с качественными рассеивателями, обеспечивающими равномерную яркость выходного отверстия светильника. Но если в поле зрения попадают светящиеся поверхности светодиодов, то комфортной световой среды добиться не удастся.

 

     По мере совершенствования качества изготовления светодиодов и блоков управления светодиодное освещение  со временем займет достойную нишу рынка осветительного оборудования.

Об основных качественных показателях осветительных установок можно прочитать в статье Искусственное освещение (основные критерии качества).

Дополнение. Вступил в действие свод правил СП 52.13330.2016, в котором разрешено использовать светодиодные светильники в учебных классах школ.  Но, в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 пока действует запрет на применение светодиодов в школах, поэтому без предварительного согласования с санэпидемнадзором лучше не начинать строительство школ со светодиодным освещением.

 

 Виктор Чернов

К ОГЛАВЛЕНИЮ (Все статьи сайта) 

 15.07.2016

Фонарь светодиодный – ремонт, схема, замена аккумулятора

Для безопасности и возможности продолжать активную деятельность в темное время суток человек нуждается в искусственном освещении. Первобытные люди раздвигали темень, поджигая ветки деревьев, далее придумали факел и керосинку. И только после изобретения французским изобретателем Джорджем Лекланше в 1866 году прототипа современной батарейки, а в 1879 году Томсоном Эдисоном лампы накаливания, у Дэвида Майзела появилась возможность запатентовать 1896 году первый электрический фонарь.

С тех пор в электрической схеме новых образцов фонарей ничего не изменялось, пока в 1923 году российский ученый Олег Владимирович Лосев не нашёл связь люминесценции в карбиде кремния и p-n-переходе, а в 1990 году ученым не удалось создать светодиод с большей светоотдачей, позволяющий заменить лампочку накаливания. Применение светодиодов вместо ламп накаливания, благодаря низкому энергопотреблению светодиодов, позволило многократно увеличить время работы фонарей при той же емкости батареек и аккумуляторов, повысить надежность фонариков и практически снять все ограничения на область их использования.

Светодиодный аккумуляторный фонарь, который Вы видите на фотоснимке попал мне в ремонт с жалобой, что купленный на днях китайский фонарик Lentel GL01 за $3, не светит, хотя индикатор заряда аккумулятора светится.

Внешний осмотр фонаря произвел положительное впечатление. Качественное литье корпуса, удобная ручка и выключатель. Стержни вилки для подключения к бытовой сети для зарядки аккумулятора сделаны выдвижными, что исключает необходимость хранения сетевого шнура.

Внимание! При разборке и ремонте фонаря, если он подключен к сети следует соблюдать осторожность. Прикосновение к оголенным участкам схемы подключенной к электрической сети может привести к поражению электрическим током.

Как разобрать светодиодный аккумуляторный фонарь Lentel GL01

Хотя фонарик подлежал гарантийному ремонту, но вспоминая свои хождения при при гарантийном ремонте отказавшего электрочайника (чайник был дорогим и в нем перегорел ТЭН, поэтому своими руками его отремонтировать не представлялось возможным), решил заняться ремонтом самостоятельно.

Разобрать фонарь оказалось легко. Достаточно повернуть на небольшой угол против часовой стрелки кольцо, фиксирующее защитное стекло и оттянуть его, затем отвинтить несколько саморезов. Оказалось кольцо фиксируется на корпусе с помощью байонетного соединения.

После снятия одной из половинок корпуса фонарика появился доступ ко всем его узлам. Слева на фотоснимке видна печатная плата со светодиодами, к которой прикреплен с помощью трех саморезов рефлектор (отражатель света). В центре расположен аккумулятор черного цвета с неизвестными параметрами, имеется только маркировка полярности выводов. Правее аккумулятора находится печатная плата зарядного устройства и индикации. Справа установлена сетевая вилка с выдвижными стержнями.

При внимательном рассмотрении светодиодов оказалось, что на излучающих поверхностях кристаллов всех светодиодов имелись черные пятна или точки. Стало ясно даже без проверки светодиодов мультиметром, что фонарик не светит по причине их перегорания.

Почерневшие области имелись также на кристаллах двух светодиодов, установленных в качестве подсветки на плате индикации зарядки аккумулятора. В светодиодных лампах и лентах обычно выходит из строя один светодиод, и работая как предохранитель, защищает остальные от перегорания. А в фонаре вышли из строя все девять светодиодов одновременно. Напряжение на аккумуляторе не могло увеличиться до величины, способной вывести светодиоды из строя. Для выяснения причины пришлось начертить электрическую принципиальную схему.

Поиск причины отказа фонаря

Электрическая схема фонаря состоит из двух функционально законченных частей. Часть схемы, расположенная левее переключателя SA1, выполняет функцию зарядного устройства. А часть схемы, изображенная справа от переключателя, обеспечивает свечение.

Работает зарядное устройство следующим образом. Напряжение от бытовой сети 220 В поступает на токоограничивающий конденсатор С1, далее на мостовой выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. С выпрямителя напряжение подается на клеммы аккумулятора. Резистор R1 служит для разряда конденсатора после изъятия вилки фонарика из сети. Таким образом, исключается удар током от разряда конденсатора в случае случайного прикосновения рукой одновременно двух штырей вилки.

Светодиод HL1, включенный последовательно с токоограничивающим резистором R2 в противоположном направлении с правым верхним диодом моста, как, оказалось, светится всегда при вставленной вилке в сеть, даже если аккумулятор неисправен или отсоединен от схемы.

Переключатель режимов работы SA1 служит для подключения к аккумулятору отдельных групп светодиодов. Как видно из схемы получается, что если фонарь подключен к сети для зарядки и движок переключателя находится в положении 3 или 4, то напряжение с зарядного устройства аккумулятора попадает и на светодиоды.

Если человек включил фонарик и обнаружил, что он не работает, и, не зная, что движок выключателя обязательно необходимо установить в положение «выключено», о чем в инструкции по эксплуатации фонаря ничего не сказано, подключит фонарь к сети на зарядку, то за счет броска напряжения на выходе зарядного устройства на светодиоды попадет напряжение, значительно превышающее расчетное. Через светодиоды потечет ток, превышающий допустимый и они перегорят. При старении кислотного аккумулятора за счет сульфатации свинцовых пластин напряжение заряда аккумулятора возрастает, что тоже приводит к перегоранию светодиодов.

Еще одно схемное решение, которое удивило, это параллельное включение семи светодиодов, что недопустимо, так как вольтамперные характеристики даже светодиодов одного типа отличаются и поэтому проходящий ток через светодиоды тоже будет не одинаковым. По этой причине при выборе номинала резистора R4 из расчета протекания через светодиоды максимально допустимого тока, один из них может перегружаться и выйти из строя, а это приведет к перегрузке по току параллельно включенных светодиодов, и они тоже перегорят.

Переделка (модернизация) электрической схемы фонаря

Стало очевидным, что поломка фонаря связана с ошибками, допущенными разработчиками его электрической принципиальной схемы. Чтобы отремонтировать фонарь и исключить его повторную поломку необходимо его переделать, заменив светодиоды и внести незначительные изменения в электрическую схему.

Для того чтобы индикатор заряда аккумулятора действительно сигнализировал о его зарядке, необходимо светодиод HL1 включить последовательно с аккумулятором. Для свечения светодиода необходим ток несколько миллиампер, а выдаваемый ток зарядным устройством должен составлять около 100 мА.

Для обеспечения этих условий достаточно отсоединить HL1-R2 цепочку от схемы в местах, указанных красными крестиками и параллельно с ней установить дополнительный резистор Rd номиналом 47 Ом мощностью не менее 0,5 Вт. Ток заряда, протекая через Rd будет создавать на нем падение напряжения около 3 В, которое обеспечить необходимый ток для свечения индикатора HL1. Заодно точку соединения HL1 и Rd необходимо подключить к выводу 1 переключателя SA1. Таким простым способом будет исключена возможность подачи напряжения с зарядного устройства на светодиоды EL1-EL10 во время заряда аккумулятора.

Для выравнивания величины токов, протекающих через светодиоды EL3-EL10, необходимо исключить из схемы резистор R4 и последовательно с каждым светодиодом включить отдельный резистор номиналом 47-56 Ом.

Электрической схема после доработки

Внесенные в схему незначительные изменения повысили информативность индикатора заряда недорогого китайского светодиодного фонаря и многократно повысили его надежность. Надеюсь, что производители светодиодных фонарей после прочтения этой статьи внесут изменения в электрические схемы своих изделий.

После модернизации электрическая принципиальная схема приняла вид, как на чертеже выше. Если необходимо освещать фонариком продолжительное время и не требуется большой яркости его свечения, то можно дополнительно установить токоограничивающий резистор R5, благодаря которому время работы фонарика без подзарядки увеличится в два раза.

Ремонт светодиодного аккумуляторного фонаря

После разборки в первую очередь нужно восстановить работоспособность фонаря, а потом уже заниматься модернизацией.

Проверка светодиодов мультиметром подтвердила их неисправность. Поэтому все светодиоды пришлось выпаять и освободить от припоя отверстия для установки новых диодов.

Судя по внешнему виду, на плате были установлены ламповые светодиоды из серии HL-508H диаметром 5 мм. В наличии имелись светодиоды типа HK5h5U от линейной светодиодной лампы с близкими техническими характеристиками. Они и пригодились для ремонта фонаря. При запайке светодиодов на плату нужно не забывать соблюдать полярность, анод должен быть соединен с плюсовым выводом аккумулятора или батарейки.

После замены светодиодов печатная плата была подключена к схеме. Яркость свечения некоторых светодиодов из-за общего токоограничивающего резистора несколько отличалась от других. Для устранения этого недостатка необходимо удалить резистор R4 и заменить его семью резисторами, включив последовательно с каждым светодиодом.

Для выбора резистора, обеспечивающего оптимальный режим работы светодиода, была измерена зависимость величины тока, протекающего через светодиод, от величины последовательно включенного сопротивления при напряжении 3,6 В, равному напряжению аккумуляторной батареи фонаря.

Исходя из условий применения фонаря (в случае перебоев подачи в квартиру электроэнергии) большой яркости и дальности освещения не требовалось, поэтому резистор был выбран номиналом 56 Ом. С таким токоограничивающим резистором светодиод будет работать в легком режиме, и потребление электроэнергии будет экономным. Если от фонаря требуется выжать максимальную яркость, то следует применить резистор, как видно из таблицы, номиналом 33 Ом и сделать два режима работы фонарика, включив еще один общий токоограничивающий резистор (на схеме R5) номиналом 5,6 Ом.

Чтобы включить последовательно с каждым светодиодом резистор, необходимо предварительно подготовить печатную плату. Для этого на ней нужно перерезать по одной любой токоведущей дорожке, подходящей к каждому светодиоду и сделать дополнительные контактные площадки. Токоведущие дорожки на плате защищены слоем лака, который необходимо соскоблить лезвием ножа до меди, как на фотоснимке. Затем оголенные контактные площадки залудить припоем.

Подготавливать печатную плату для монтажа резисторов и припаивать их лучше и удобнее, если плату закрепить на штатном рефлекторе. В этом случае поверхность линз светодиодов не будет царапаться, и удобнее будет работать.

Подключение диодной платы после ремонта и модернизации к аккумулятору фонаря показало достаточную для освещения и одинаковую яркость свечения всех светодиодов.

Не успел отремонтировать предыдущий фонарь, как в ремонт попал второй, с такой же неисправностью. На корпусе фонарика информации о производителе и технических характеристиках не нашел, но судя по почерку изготовления и причине поломки, производитель тот же, китайский Lentel.

По дате на корпусе фонарика и на аккумуляторе удалось установить, что фонарю уже четыре года и со слов его хозяина фонарь работал безотказно. Очевидно, что прослужил фонарик долго благодаря предупреждающей надписи «Не включать во время зарядки!» на откидной крышке, закрывающей отсек, в котором спрятана вилка для подключения фонаря к электросети для зарядки аккумулятора.

В этой модели фонаря светодиоды включены в схему по правилам, последовательно с каждым установлен резистор номиналом 33 Ом. Величину резистора легко узнать по цветовой маркировке с помощью онлайн калькулятора. Проверка мультиметром показала, что все светодиоды неисправны, резисторы тоже оказались в обрыве.

Анализ причины отказа светодиодов показал, что за счет сульфатации пластин кислотного аккумулятора его внутреннее сопротивление увеличилось и как следствие, напряжение его зарядки возросло в несколько раз. Во время зарядки фонарик был включен, ток через светодиоды и резисторы превысил предельный, что и привело к выходу их из строя. Пришлось заменить не только светодиоды, но и все резисторы. Исходя из выше оговоренных условиях эксплуатации фонаря были для замены выбраны резисторы номиналом 47 Ом. Величину резистора для любого типа светодиода можно рассчитать с помощью онлайн калькулятора.

Переделка схемы индикации режима зарядки аккумулятора

Фонарь отремонтирован, и можно приступать к внесению изменений в схему индикации зарядки аккумулятора. Для этого необходимо перерезать дорожку на печатной плате зарядного устройства и индикации таким образом, чтобы цепочку HL1-R2 со стороны светодиода отсоединить от схемы.

Далее нужно параллельно цепочке HL1-R2 подключить резистор Rd, проходя через который ток зарядки аккумулятора будет создавать необходимое падение напряжения для обеспечения свечения светодиода HL1.

Свинцово-кислотный AGM аккумулятор был доведен до глубокого разряда, и попытка зарядить его штатным зарядным устройством не привела к успеху. Пришлось аккумулятор заряжать с помощью стационарного блока питания с функцией ограничения тока нагрузки. На аккумулятор было подано напряжение 30 В, при этом он в первый момент времени потреблял ток всего несколько мА. Со временем ток начал возрастать и через несколько часов увеличился до 100 мА. После полной зарядки аккумулятор был установлен в фонарь.

Зарядка глубоко разряженных свинцово-кислотный AGM аккумуляторов в результате долгого хранения повышенным напряжением позволяет восстановить их работоспособность. Способ проверен мною на AGM аккумуляторах не один десяток раз. Новые аккумуляторы, не желающие заряжаться от стандартных зарядных устройств, при зарядке от постоянного источника при напряжении 30 В восстанавливаются практически до первоначальной емкости.

Аккумулятор был несколько раз разряжен включением фонарика в рабочий режим и заряжен с помощью штатного зарядного устройства. Измеренный ток заряда составил 123 мА, при напряжении на выводах аккумулятора 6,9 В. К сожалению аккумулятор был изношен и его хватало для работы фонаря в течение 2 часов. То есть емкость аккумулятора составляла около 0,2 А×часа и для продолжительной работы фонаря необходима его замена.

HL1-R2 цепочка на печатной плате была удачно размещена, и понадобилось под углом перерезать всего одну токоведущую дорожку, как на фотоснимке. Ширина реза должна быть не менее 1 мм. Расчет номинала резистора и проверка на практике показала, что для стабильной работы индикатора зарядки аккумулятора необходим резистор номиналом 47 Ом мощностью не менее 0,5 Вт.

На фотоснимке представлена печатная плата с запаянным токоограничивающим резистором. После такой доработки индикатор заряда аккумулятора светится только в случае, если действительно происходит заряд аккумулятора.

Модернизация переключателя режимов работы

Для завершения работы по ремонту и модернизации фонарей необходимо выполнить перепайку проводов на выводах переключателя.

В моделях ремонтируемых фонарей для включения применен четырех позиционный переключатель движкового типа. Средний вывод на приведенной фотографии является общим. При положении движка переключателя в крайнем левом положении общий вывод подключается к левому выводу переключателя. При перемещении движка переключателя из крайнего левого положения на одну позицию вправо, общий его вывод подключается ко второму выводу и при дальнейшем перемещении движка последовательно к 4 и 5 выводам.

К среднему общему выводу (смотри фотографию выше) нужно припаять провод, идущий от положительного вывода аккумулятора. Таким образом, появится возможность подключать аккумулятор к зарядному устройству или светодиодам. К первому выводу можно припаять провод, идущий от основной платы со светодиодами, ко второму можно припаять токоограничивающий резистор R5 величиной 5,6 Ом для возможности переключения фонарика в энергосберегающий режим работы. К крайнему правому выводу припаять проводник, идущий от зарядного устройства. Таким образом будет исключена возможность включить фонарь во время зарядки аккумулятора.

Ремонт и модернизация

светодиодного аккумуляторного фонаря-прожектора «Фотон PB-0303»

Попал мне в ремонт еще один экземпляр из ряда светодиодных фонарей китайского производства под названием Светодиодный фонарь-прожектор «Фотон PB-0303». Фонарь при нажатии на кнопку включения не реагировал, попытка зарядить аккумулятор фонаря с помощью зарядного устройства к успеху не привела.

Фонарь мощный, дорогой, стоит около $20. По заявлению производителя световой поток фонаря достигает 200 метров, корпус выполнен из ударопрочного ABS-пластика, в комплекте имеется отдельное зарядное устройство и ремень для переноса на плече.

Светодиодный фонарь Фотон обладает хорошей ремонтопригодностью. Для получения доступа к электрической схеме достаточно открутить пластмассовое кольцо, удерживающее защитное стекло, вращая кольцо против часовой стрелки, если смотреть на светодиоды.

При ремонте любых электроприборов поиск неисправности всегда начинается с источника питания. Поэтому первым делом было измерено с помощью мультиметра, включенного в режим измерения постоянного напряжения, напряжение на выводах кислотного аккумулятора. Оно составил 2,3 В, вместо 4,4 В положенных. Аккумулятор был полностью разряжен.

При подключении зарядного устройства напряжение на клеммах аккумулятора не изменялось, стало очевидным, что зарядное устройство не работает. Фонариком пользовались, пока аккумулятор полностью не разрядился, а затем он продолжительное время не эксплуатировался, что и привело к глубокой разрядке аккумулятора.

Осталось проверить исправность светодиодов и остальных элементов. Для этого был снять отражатель, для чего были откручены шесть саморезов. На печатной плате находилось всего три светодиода, ЧИП (микросхема) в виде капельки, транзистор и диод.

От платы и аккумулятора пять проводов уходило в ручку. Для того, чтобы разобраться в их подключении понадобилось ее разобрать. Для этого нужно крестовой отверткой открутить внутри фонаря два винта, которые были расположены рядом с отверстием, в которые уходили провода.

Для отсоединения ручки фонаря от его корпуса ее необходимо сдвинуть в сторону от винтов крепления. Делать это нужно аккуратно, чтобы не оторвать от платы провода.

Как оказалось в ручке не было радиоэлектронных элементов. Два белых провода были припаяны к выводам кнопки включения/выключения фонаря, а остальные к разъему для подключения зарядного устройства. К 1 выводу разъема (нумерация условная) был припаян провод красного цвета, который вторым концом был припаян к плюсовому входу печатной платы. Ко второму контакту был припаян сине-белый проводник, который вторым концом был припаян к минусовой площадке печатной платы. К 3 выводу был припаян зеленый провод, второй конец которого был припаян к минусовому выводу аккумулятора.

Электрическая принципиальная схема

Разобравшись с проводами, спрятанными в ручке можно начертить электрическую принципиальную схему фонаря Фотон.

С отрицательного вывода аккумулятора GB1 напряжение подается на вывод 3 разъема Х1 и далее с его вывода 2 через сине-белый проводник поступает на печатную плату.

Разъем Х1 устроен таким образом, что когда штекер зарядного устройства в него не вставлен, то выводы 2 и 3 соединяются между собой. Когда штекер вставляется, то выводы 2 и 3 разъединяются. Таким образом, обеспечивается автоматическое отключение электронной части схемы от зарядного устройства, исключающей возможность случайного включения фонаря во время зарядки аккумулятора.

С положительного вывода аккумулятора GB1 напряжение подается на D1 (микросхема-чип) и эмиттер биполярного транзистора типа S8550. ЧИП выполняет только функцию триггера, позволяющего кнопкой без фиксации включать или выключать свечение светодиодов EL (⌀8 мм, цвет свечения – белый, мощность 0,5 Вт, ток потребления 100 мА, падение напряжения 3 В.). При первом нажатии на кнопку S1 с микросхемы D1 на базу транзистора Q1 подается положительное напряжение, он открывается и на светодиоды EL1-EL3 поступает питающее напряжение, фонарь включается. При повторном нажатии на кнопку S1, транзистор закрывается и фонарь выключается.

С технической точки зрения такое схемное решение безграмотно, так как повышает стоимость фонаря, снижает его надежность, и в дополнение за счет падения напряжения на переходе транзистора Q1 теряется до 20% емкости аккумулятора. Такое схемное решение оправдано при наличии возможности регулировки яркости светового луча. В данной модели вместо кнопки достаточно было поставить механический выключатель.

Вызвало удивление, что в схеме светодиоды EL1-EL3 подключены параллельно к аккумулятору как лампочки накаливания, без токоограничивающих элементов. В результате при включении через светодиоды проходит ток, величина которого ограничена только внутренним сопротивлением аккумулятора и при его полном заряде ток может превысить допустимый для светодиодов, что приведет выходу их из строя.

Проверка работоспособности электрической схемы

Для проверки исправности микросхемы, транзистора и светодиодов от внешнего источника питания с функцией ограничения тока было подано с соблюдением полярности напряжение постоянного тока 4,4 В непосредственно на выводы питания печатной платы. Величина ограничения тока была выставлена 0,5 А.

После нажатия кнопки включения светодиоды засветили. После повторного нажатия – погасли. Светодиоды и микросхема с транзистором оказались исправными. Осталось разобраться с аккумулятором и зарядным устройством.

Восстановление кислотного аккумулятора

Так как кислотный аккумулятор емкостью 1,7 А был полностью разряжен, а штатное зарядное устройство было неисправно то решил его зарядить от стационарного блока питания. При подключении аккумулятора для зарядки к блоку питания с установленным напряжением 9 В, ток заряда составил менее 1 мА. Напряжение было увеличено, до 30 В — ток возрос до 5 мА, и через час под таким напряжением составил уже 44 мА. Далее напряжение было снижено до 12 В, ток упал до 7 мА. После 12 часов заряда аккумулятора при напряжении 12 В ток поднялся до 100 мА, таким током и заряжался аккумулятор в течении 15 часов.

Температура корпуса аккумулятора была в пределах нормы, что свидетельствовало о том, что ток зарядки идет не на выделение тепла, а на накопление энергии. После заряда аккумулятора и доработки схемы, о которой речь пойдет ниже, были проведены испытания. Фонарь с восстановленным аккумулятором просветил беспрерывно 16 часов, после чего начала падать яркость луча и поэтому он был выключен.

Описанным выше способом мне приходилось неоднократно восстанавливать работоспособность глубоко разряженных малогабаритных кислотных аккумуляторов. Как показала практика, восстановлению подлежат только исправные аккумуляторы, о которых на некоторое время забыли. Кислотные аккумуляторы, которые выработали свой ресурс, восстановлению не подлежат.

Ремонт зарядного устройства

Измерение величины напряжения мультиметром на контактах выходного разъема зарядного устройства показало его отсутствие.

Судя по стикеру, наклеенному на корпус адаптера, он представлял собой блок питания, выдающий нестабилизированное постоянное напряжение величиной 12 В с максимальным током нагрузки 0,5 А. В электрической схеме не было элементов, ограничивающих величину тока зарядки, поэтому возник вопрос, а почему в качестве зарядного устройства использовался обыкновенный блок питания?

Когда адаптер был вскрыт, то появился характерный запах горелой электропроводки, что свидетельствовало о том, что обмотка трансформатора сгорела.

Прозвонка первичной обмотки трансформатора показала, что она в обрыве. После разрезания первого слоя ленты, изолирующего первичную обмотку трансформатора, был обнаружен термопредохранитель, рассчитанный на температуру срабатывания 130°С. Проверка показала, что как первичная обмотка, так и термопредохранитель неисправны.

Ремонт адаптера был экономически нецелесообразен, так как необходимо перемотать первичную обмотку трансформатора и установить новый термопредохранитель. Заменил его аналогичным, который был под рукой, на напряжение постоянного тока 9 В. Гибкий шнур с разъемом пришлось перепаять от сгоревшего адаптера.

На фотографии представлен чертеж электрической схемы сгоревшего блока питания (адаптера) светодиодного фонаря «Фотон». Адаптер для замены был собран по такой же схеме, только с выходным напряжением 9 В. Такого напряжения вполне достаточно для обеспечения требуемого тока заряда аккумулятора с напряжением 4,4 В.

Для интереса подключил фонарь к новому блоку питания и измерял ток зарядки. Величина его составила 620 мА, и это при напряжении 9 В. При напряжении 12 В ток был порядка 900 мА, значительно превышающий нагрузочную способность адаптера и рекомендуемый ток заряда аккумулятор. По этой причине от перегрева и сгорела первичная обмотка трансформатора.

Доработка электрической принципиальной схемы

светодиодного аккумуляторного фонаря «Фотон»

Для устранения схемотехнических нарушений с целью обеспечения надежной и долговременной работы в схему фонаря были внесены изменения и выполнена доработка печатной платы.

На фотографии представлена электрическая принципиальная схема переделанного светодиодного фонаря «Фотон». Синим цветом, показаны дополнительно установленные радиоэлементы. Резистор R2 ограничивает ток заряда аккумулятора до 120 мА. Для увеличения тока зарядки нужно уменьшить номинал резистора. Резисторы R3-R5 ограничивают и выравнивают ток, протекающий через светодиоды EL1-EL3 при свечении фонаря. Светодиод EL4 с последовательно включенным токоограничивающим резистором R1 установлен для индикации процесса зарядки аккумулятора, так как разработчиками конструкции фонаря об этом не позаботились.

Для установки на плате токоограничивающих резисторов печатные дорожки были перерезаны, как показано на фотографии. Ограничивающий ток заряда резистор R2 был припаян одним концом к контактной площадке, к которой до этого был припаян положительный провод, идущий от зарядного устройства, а отпаянный провод припаян ко второму выводу резистора. К этой же контактной площадке был припаян дополнительный провод (на снимке желтого цвета), предназначенный для подключения индикатора зарядки аккумулятора.

Резистор R1 и светодиод индикаторный EL4 были размещены в ручке фонаря, рядом с разъемом для подключения зарядного устройства X1. Вывод анода светодиода был припаян к выводу 1 разъема X1, а ко второму выводу, катоду светодиода токоограничивающий резистор R1. Ко второму выводу резистора был припаян провод (на фото желтого цвета), соединяющий его с выводом резистора R2, припаянного к печатной плате. Резистор R2, для простоты монтажа, можно было разместить и в ручке фонарика, но так как он при зарядке нагревается, то решил его разместить в более свободном пространстве.

При доработке схемы применены резисторы типа МЛТ мощностью 0,25 Вт, кроме R2, который рассчитан на 0,5 Вт. Светодиод EL4 подойдет любого типа и цвета свечения.

На этой фотографии показана работа индикатора зарядки во время зарядки аккумулятора. Установка индикатора позволила не только следить за процессом зарядки аккумулятора, но и контролировать наличие напряжения в сети, исправность блока питания и надежность его подключения.

Чем заменить сгоревший ЧИП

Если вдруг ЧИП – специализированная микросхема без маркировки в светодиодном фонаре «Фотон», или аналогичном, собранном по подобной схеме, выйдет из строя, то для восстановления работоспособности фонаря ее можно успешно заменить механическим выключателем.

Для этого нужно удалить из платы микросхему D1, а вместо транзисторного ключа Q1 подключить обыкновенный механический выключатель, как показано на выше приведенной электрической схеме. Выключатель на корпусе фонаря можно установить вместо кнопки S1 или в любом другом подходящем месте.

Ремонт с модернизацией

светодиодного фонаря Keyang KY-9914

Посетитель сайта Марат Пурлиев из Ашхабада поделился в письме результатами ремонта светодиодного фонаря Keyang KY-9914. В дополнение представил фотографию, схемы, подробное описание и дал согласие на публикацию информации, за что я выражаю ему свою признательность.

Спасибо Вам за статью «Ремонт и модернизация светодиодных фонарей Lentel, Фотон, Smartbuy Colorado и RED своими руками».

Воспользовавшись примерами ремонта, я отремонтировал и модернизировал фонарь Keyang KY-9914, в котором сгорели четыре светодиода из семи, и выработал ресурс аккумулятор. Светодиоды сгорели из-за переключения переключателя во время зарядки аккумулятора.

В доработанной электрической схеме изменения выделены красным цветом. Неисправный кислотный аккумулятор я заменил на три последовательно включенных бывших в употреблении пальчиковых АА аккумуляторов Sanyo Ni-NH 2700, которые оказались под рукой.

После переделки фонаря ток потребления светодиодов в двух положениях переключателя составил 14 и 28 мА, а ток заряда аккумуляторов 50 мА.

Ремонт и переделка светодиодного фонаря

14Led Smartbuy Colorado

Перестал включаться светодиодный фонарь Smartbuy Colorado, хотя три батарейки типоразмера ААА были установлены новые.

Влагонепроницаемый корпус был выполнен из анодированного алюминиевого сплава, имел длину 12 см. Фонарик выглядел стильно и был удобен в эксплуатации.

Как проверить в светодиодном фонаре батарейки на пригодность

Ремонт любого электроприбора начинается с проверки источника питания, поэтому, несмотря на то, что в фонарь были установлены новые батарейки, ремонт следует начинать с их проверки. В фонаре Smartbuy батарейки устанавливаются в специальный контейнер, в котором с помощью перемычек соединены последовательно. Для того чтобы получить доступ к батарейкам фонарика нужно разобрать, вращая против часовой стрелки заднюю крышку.

Батарейки в контейнер необходимо устанавливать, соблюдая обозначенную на нем полярность. На контейнере тоже обозначена полярность, поэтому его нужно заводить в корпус фонаря стороной, на которой нанесен знак «+».

В первую очередь необходимо визуально проверить все контакты контейнера. Если на них имеются следы окислов, то контакты необходимо зачистить до блеска с помощью наждачной бумаги или соскоблить окисел лезвием ножа. Для исключения повторного окисления контактов их можно смазать тонким слоем любого машинного масла.

Далее нужно проверить пригодность батареек. Для этого, прикоснувшись щупами мультиметра, включенного в режим измерения постоянного напряжения, необходимо измерять напряжение на контактах контейнера. Три батарейки включены последовательно и каждая из них должна выдавать напряжение 1,5 В, следовательно напряжение на выводах контейнера должно составлять 4,5 В.

Если напряжение меньше указанного, то необходимо проверить правильность полярности батареек в контейнере и измерять напряжение каждой из них индивидуально. Возможно, села только одна из них.

Если с батарейками все в порядке, то нужно вставить, соблюдая полярность контейнер в корпус фонаря, закрутить крышку и проверить его на работоспособность. При этом надо обратить внимание на пружину в крышке, через которую передается питающее напряжение на корпус фонаря и с него прямо на светодиоды. На ее торце не должно быть следов коррозии.

Как проверить исправность выключателя

Если батарейки хорошие и контакты чистые, но светодиоды не светят, то нужно проверить выключатель.

В фонаре Smartbuy Colorado установлен кнопочный герметичный выключатель с двумя фиксированными положениями, замыкающий провод, идущий от положительного вывода контейнера батареек. При первом нажатии на кнопку выключателя его контакты замыкаются, а при повторном – размыкаются.

Так как в фонаре установлены батарейки, то проверить выключатель можно тоже с помощью мультиметра, включенного в режим вольтметра. Для этого нужно вращением против часовой стрелки, если смотреть на светодиоды, открутить его переднюю часть и отложить в сторону. Далее одним щупом мультиметра прикоснуться к корпусу фонарика, а вторым к контакту, который находится в глубине по центру пластиковой детали, показанной на фотографии.

Вольтметр должен показать напряжение 4,5 В. Если напряжение отсутствует нужно нажать кнопку выключателя. Если он исправен, то напряжение появится. В противном случае нужно ремонтировать выключатель.

Проверка исправности светодиодов

Если на предыдущих шагах поиска неисправность обнаружить не удалось, то на следующем этапе нужно проверить надежность контактов, подающих питающее напряжение на плату со светодиодами, надежность их пайки и исправность.

Печатная плата с запаянными в нее светодиодами фиксируется в головной части фонаря с помощью стального подпружиненного кольца, через которое по корпусу фонаря одновременно подается на светодиоды питающее напряжение от минусового вывода контейнера батареек. На фотографии кольцо показано со стороны, которой оно прижимает печатную плату.

Стопорное кольцо зафиксировано довольно крепко, и извлечь его удалось только с помощью приспособления, показанного на фотографии. Такой крючок можно выгнуть из стальной полоски своими руками.

После извлечения стопорного кольца печатная плата со светодиодами, которая изображена на фото, легко извлеклась из головной части фонаря. Сразу бросилось в глаза отсутствие токоограничивающих резисторов, все 14 светодиодов были включены параллельно и через выключатель непосредственно к батарейкам. Подключение светодиодов непосредственно к батарейке недопустима, так как величина протекающего через светодиоды тока ограничивается только внутренним сопротивлением батареек и может вывести светодиоды из строя. В лучшем случае сильно сократит срок их службы.

Так как в фонаре все светодиоды были включены параллельно, то проверить их с помощью мультиметра, включенного в режим измерения сопротивления не представлялось возможным. Поэтому на печатную плату было подано питающее постоянное напряжение от внешнего источника величиной 4,5 В с ограничением тока до 200 мА. Все светодиоды засветились. Стало очевидным, что неисправность фонаря заключалась в плохом контакте печатной платы с фиксирующим кольцом.

Ток потребления светодиодного фонаря

Для интереса измерял ток потребления светодиодами от батареек при включении их без токоограничительного резистора.

Ток составил более 627 мА. В фонарике установлены светодиоды типа HL-508H, рабочий ток которых не должен превышать 20 мА. 14 светодиодов включены параллельно, следовательно, суммарный ток потребления не должен превышать 280 мА. Таким образом, ток, протекающий через светодиоды, превысил номинальный более чем в два раза.

Такой форсированный режим работы светодиодов недопустим, так как ведет к перегреву кристалла, и как следствие, преждевременный выход светодиодов из строя. Дополнительным недостатком является быстрый разряд батареек. Их хватит, если раньше не перегорят светодиоды, не более чем на час работы.

Конструкция фонарика не позволяла впаять токоограничительные резисторы последовательно с каждым светодиодом, поэтому пришлось установить один общий на все светодиоды. Номинал резистора пришлось определять экспериментально. Для этого фонарик был запитан от штатных батареек и в разрыв положительного провода был включен амперметр последовательно с резистором номиналом 5,1 Ом. Ток составил около 200 мА. При установке резистора 8,2 Ом ток потребления составил 160 мА, что, как показала проверка, вполне достаточно для хорошего освещения на расстоянии не менее 5 метров. На ощупь резистор не нагревался, поэтому подойдет любой мощности.

Переделка конструкции

После проведенного исследования стало очевидным, что для надежной и долговечной работы фонаря необходимо дополнительно установить ограничивающий ток резистор и продублировать дополнительным проводником соединение печатной платы с светодиодами и фиксирующим кольцом.

Если раньше надо было, чтобы отрицательная шина печатной платы касалась корпуса фонаря, то в связи с установкой резистора, понадобилось исключить касание. Для этого с печатной платы по всей ее окружности, со стороны токоведущих дорожек с помощью надфиля был сточен угол.

Для исключения касания прижимного кольца к токоведущим дорожкам при фиксации печатной платы на нее были приклеены клеем «Момент» четыре резиновых изолятора толщиной около двух миллиметров, как показано на фотографии. Изоляторы можно изготовить из любого диэлектрического материала, например пластмассы или плотного картона.

Резистор был заранее припаян к прижимному кольцу, а к крайней дорожке печатной платы припаян отрезок провода. На проводник была надета изолирующая трубка, и затем провод припаян ко второму выводу резистора.

Далее печатная плата была зафиксирована прижимным кольцом, после чего головная часть фонаря была прикручена к его корпусу.

После простой модернизации фонаря своими руками он стал стабильно включаться и световой луч хорошо освещать предметы на расстоянии более восьми метров. Дополнительно срок службы батареек увеличился более чем в три раза, и многократно повысилась надежность работы светодиодов.

Анализ причин отказов отремонтированных китайских светодиодных фонарей показал, что все они вышли из строя из-за безграмотно разработанных электрических схем. Осталось только выяснить, сделано это намеренно, чтобы сэкономить на комплектующих и сократить срок эксплуатации фонарей (чтобы больше покупали новые), или в результате безграмотности разработчиков. Я склоняюсь к первому предположению.

Ремонт светодиодного фонаря RED 110

Попал в ремонт фонарик со встроенным кислотным аккумулятором китайского производителя торговой марки RED. В фонаре имелось два излучателя: – с лучом в виде узкого пучка и излучающий рассеянный свет.

На фотографии представлен внешний вид фонаря RED 110. Фонарь мне сразу понравился. Удобная форма корпуса, два режима работы, петля для подвески на шею, выдвигающаяся вилка подключения к сети для зарядки. В фонаре секция светодиодов рассеянного света светила, а узкого пучка – нет.

Для ремонта сначала было откручено кольцо черного цвета, фиксирующее рефлектор, а затем выкручен один саморез в зоне петли. Корпус легко разделился на две половинки. Все детали были закреплены на саморезах и легко снимались.

Схема зарядного устройства была выполнена по классической схеме. Из сети через токоограничивающий конденсатор емкостью 1 мкф напряжение подавалось на выпрямительный мост из четырех диодов и далее на выводы аккумулятора. Напряжение с аккумулятора на светодиод узкого луча подавалось через токоограничивающий резистор 460 Ом.

Все детали были смонтированы на односторонней печатной плате. Провода были припаяны непосредственно к контактным площадкам. Внешний вид печатной платы представлен на фотографии.

10 светодиодов бокового света были соединены параллельно. Напряжение питания на них подавалось через общий токоограничивающий резистор 3R3 (3,3 Ом), хотя по правилам для каждого светодиода нужно устанавливать отдельный резистор.

При внешнем осмотре светодиода узкого пучка дефектов обнаружено не было. При подаче питания через включатель фонарика с аккумулятора напряжение на выводах светодиода присутствовало, и он нагревался. Стало очевидным, что кристалл пробит, и это подтвердила прозвонка мультиметром. Сопротивление составило при любом подключении щупов к выводам светодиода 46 Ом. Светодиод был неисправен и требовалась его замена.

Для удобства работы от платы светодиода был отпаяны провода. После освобождения выводов светодиода от припоя оказалось, что светодиод намертво держится всей плоскостью обратной стороны на печатной плате. Для его отделения пришлось закрепить плату в настольных висках. Далее острый конец ножа установить в место соединения светодиода с платой и легонько ударить по ручке ножа молотком. Светодиод отскочил.

Маркировка на корпусе светодиода, как обычно, отсутствовала. Поэтому необходимо было определить его параметры и подобрать подходящий для замены. По габаритным размерам светодиода, напряжению аккумулятора и величине токоограничивающего резистора было определено, что для замены подойдет светодиод мощностью 1 Вт (ток 350 мА, падение напряжения 3 В). Из Справочной таблицы параметров популярных SMD светодиодов для ремонта был выбран светодиод LED6000Am1W-A120 белого свечения.

Печатная плата, на которой установлен светодиод выполнена из алюминия и одновременно служит для отвода тепла от светодиода. Поэтому при установке его необходимо обеспечить хороший тепловой контакт за счет плотного прилегания задней плоскости светодиода к печатной плате. Для этого перед запайкой на места контакта поверхностей была нанесена термопаста, которая применяется при установке радиатора на процессор компьютера.

Для того, чтобы обеспечить плотное прилегание плоскости светодиода к плате необходимо сначала положить его на плоскость и немного отогнуть вверх выводы, чтобы они отступали от плоскости на 0,5 мм. Далее выводы залудить припоем, нанести термопасту и установить светодиод на плату. Далее прижать его к плате (удобно это сделать отверткой с вынутой битой) и прогреть выводы паяльником. Далее убрать отвертку, ножом прижать в месте изгиба вывода его к плате и прогреть паяльником. После затвердевания припоя нож убрать. За счет пружинных свойств выводов светодиод будет плотно прижат к плате.

При установке светодиода необходимо соблюдать полярность. Правда в этом случае, если будет допущена ошибка, то можно будет поменять местами подающие напряжение провода. Светодиод припаян и можно проверить его работу и измерять потребляемый ток и падение напряжения.

Ток протекающий через светодиод составил 250 мА, падение напряжения 3,2 В. Отсюда потребляемая мощность (нужно умножить ток на напряжение) составила 0,8 Вт. Можно было увеличить рабочий ток светодиода уменьшив сопротивление 460 Ом, но я этого делать не стал, так как яркость свечения была достаточной. Зато светодиод будет работать в более легком режиме, меньше нагреваться и увеличится время работы фонарика от одной зарядки.

Проверка нагрева светодиода проработавшего в течении часа показала эффективный отвод тепла. Он нагрелся до температуры не более 45°С. Ходовые испытания показали достаточную дальность освещения в темноте, более 30 метров.

Замена кислотного аккумулятора в светодиодном фонаре

Вышедший из строя в светодиодном фонаре кислотный аккумулятор можно заменить как аналогичным кислотным, так и литий-ионным (Li-ion) или никель-металгидридными (Ni-MH) аккумуляторами типоразмера АА или ААА.

В ремонтируемых китайских фонарях были установлены свинцово-кислотные AGM аккумуляторы разных габаритных размеров без маркировки напряжением 3,6 В. По расчету емкость этих аккумуляторов составляет от 1,2 до 2 А×часов.

В продаже можно найти аналогичный кислотный аккумулятор российского производителя для ИБП 4V 1Ah Delta DT 401, который имеет напряжение на выходе 4 В при емкости 1 А×часа, стоимостью пару долларов. Для замены достаточно просто, соблюдая полярность, перепаять два провода.

Через несколько лет эксплуатации светодиодный фонарь Lentel GL01, ремонт которого описан в начале статьи, опять принесли мне в ремонт. Диагностика показала, что выработал свой ресурс кислотный аккумулятор.

Был куплен для замены аккумулятор Delta DT 401, но оказалось, что его геометрические размеры были больше, чем неисправного. Штатный аккумулятор фонарика имел размеры 21×30×54 мм и был выше на 10 мм. Пришлось дорабатывать корпус фонарика. Поэтому прежде, чем покупать новый аккумулятор убедитесь, что он вместится в корпус фонаря.

Был удален упор в корпусе и ножовкой по металлу отпилена часть печатной платы, с которой предварительно был выпаян резистор и один светодиод.

После доработки новый аккумулятор хорошо установился в корпус фонаря и теперь, надеюсь, прослужит не один год.

Замена кислотного аккумулятора

аккумуляторами типоразмера АА или ААА

Если нет возможности приобрести аккумулятор 4V 1Ah Delta DT 401, то его можно успешно заменить тремя любыми пальчиковыми никель-металгидридными (Ni-MH) аккумуляторами типоразмера АА или ААА емкостью от 1 А×часа, которые имеют напряжение 1,2 В. Для этого достаточно соединить последовательно, соблюдая полярность, три аккумулятора проводами методом пайки. Однако экономически такая замена нецелесообразна, так как стоимость трех качественных пальчиковых аккумуляторов типоразмера АА может превышать стоимость покупки нового светодиодного фонаря.

Но где гарантия, что в электрической схеме нового светодиодного фонаря не имеются ошибки, и не придется его тоже дорабатывать. Поэтому считаю, что замена свинцового аккумулятора в доработанном фонаре целесообразна, так как обеспечит надежную работу фонаря еще несколько лет. Да и всегда будет приятно пользоваться фонариком, отремонтированным и модернизированным своими руками.

Замена кислотного аккумулятора Li-ion

Замене батареек или аккумуляторов в светодиодном фонаре посвящена отдельная статья «Как заменить свинцовый аккумулятор литий-ионным».

Евгений 25.05.2016

Здравствуйте.
Занимаюсь подводной охотой, сейчас вышли новые светодиоды XHP70, у меня есть два фонаря, в которых установлено по одному светодиоду Т6. Возможна ли замена их в моих фонарях на новые XHP70 и какая стоимость работы и запчастей, заранее благодарен.

Александр

Здравствуйте, Евгений.
Оптимальный ток потребления светодиода Т6 составляет 0,7 А, а светодиодной сборки XHP70 – 4,0 А. Следовательно, потребуется замена не только светодиода, но и драйвера, то есть практически замена всей электроники фонаря.
Возможность отвести тепло от светодиода ХНР70 штатным радиатором, установленным в фонаре тоже под вопросом. В дополнение время работы фонаря со штатным аккумулятором уменьшится в 6 раз, то есть вместо 2 часов фонарь будет работать 20 минут.
Таким образом, после модернизации нет гарантий надежной работы фонаря в связи с возможным перегревом светодиода. В дополнение стоимость такой переделки может превысить стоимость нового фонаря с светодиодом XHP70.

Степан Тимофеевич 05.05.2018

Здравствуйте, Александр Николаевич.
Есть в собственности фонарь «Облик 6002». Использовал редко. Более 2-х лет не включал. Сейчас не светит. Включил зарядку, но пока реакции нет. Как быть?
Прочел вашу статью, но там много «мудрёного», а я не специалист по электротехнике, а врач. Жду ваш совет. Спасибо!

Александр

Здравствуйте, Степан Тимофеевич.
Аккумуляторы имеют свойство со временем терять емкость, особенно если находятся в разряженном состоянии. Это как раз Ваш случай. Нужно заменить аккумулятор, а если нет такой возможности, то купить новый фонарь.

Владимир 07.09.2021

Попал на вашу страничку в поисках Схемы на фонарик YJ-2828 … Схемы не оказалось. Пришлось самому рисовать.
Если хотите — можете выставить на вашей страничке.
Схема вычерчена с фонаря мной лично (гарантирую) проблем с авторством не будет.
Может кому-то пригодится. Да вы много и добротно потрудились …
Удачи !!!

Александр

Здравствуйте, Владимир!
Спасибо за высокую оценку сайта и представленную сему фонаря YJ-2828.

Светодиоды высокой яркости

	Цвет Красный Зеленый Синий	Сила света (мкд) Красный (3550 — 9000) Зеленый (7100-18000) Синий (1400 — 3550)	Типичная доминирующая длина волны Красный (619 — 624 нм) Зеленый (520 — 540 нм) Синий (460 — 480 нм)	Размер (мм) 9 X 4 мм
	Цвет Белый	Сила света (мкд) 3800	Типичная доминирующая длина волны 5500K CCT	Размер (мм) 3.2 x 2,8 мм
	Цвет Янтарный Синий Зеленый Красный	Сила света (мкд) 1 050 900 10 450 3,550 650	Типичная доминирующая длина волны 591 624 470 527	Размер (мм) 3.2 x 2,7 мм
	Цвет Холодный белый	Сила света (мкд) 710–1800	Типичная доминирующая длина волны 6800 К	Размер (мм) 3.2 x 2,7 мм
	Цвет Янтарный Синий Голубой Зеленый Красный	Сила света (мкд) 4000 900-1400 3550 2240-7100 1400 -2800	Типичная доминирующая длина волны 591 624	Размер (мм) 3.2 x 2,7 мм
	Цвет Янтарный Синий Зеленый Красный	Сила света (мкд) 700 400 1000 710	Типичная доминирующая длина волны 591 470 527 624	Размер (мм) 2.7 X 2,0 мм
	Цвет Теплый белый белый	Сила света (мкд) 1120–2800 1400–3550	Типичная доминирующая длина волны 1400–1850	Размер (мм) 2.7 x 2,0 мм
	Цвет Янтарный Синий Зеленый Красный	Сила света (мкд) 355–900 1400–3550	Типичная доминирующая длина волны 591 470 527 624	Размер (мм) 3.2 x 2,7 мм
	Цвет Янтарь Красный	Сила света (мкд) 3550–7100 2800–7100	Типичная доминирующая длина волны 591 624	Размер (мм) 6.0 x 5,0 мм
	Цвет Белый Теплый белый	Сила света (мкд) 7100–18000	Типичная доминирующая длина волны 3200 К CCT 6800 К CCT	Размер (мм) 6.0 x 5,0 мм
	Цвет Янтарный Синий Зеленый Красный PC Янтарный	Сила света (мкд) 4200 2800 7100 1450 9000	Типичная доминирующая длина волны 591 470 530 621	Размер (мм) 3.5 x 3,4 x 2,8 мм
	Цвет Белый Теплый белый	Сила света (мкд) 1800–4500 1400–3500	Типичная доминирующая длина волны 1400–3177	Размер (мм) 3.2 x 2,8 мм

Новости оптики и фотоники — Светодиоды высокой яркости

William J. Cassarly

Светодиоды высокой яркости предлагают экономичные и энергоэффективные решения для освещения всего видимого спектра.

Фотореалистичное изображение в соединителе «круг-овал» со светодиодной матрицей RGGB.

За последние 15 лет мощность светоизлучающих диодов (СИД) значительно улучшилась.Фактически, светодиоды могут заменить большинство обычных источников света в течение следующих 15 лет. Тенденция началась, когда технология InGaN обеспечила 400-кратное увеличение мощности синих светодиодов по сравнению с технологией из карбида кремния. Эти синие светодиоды были объединены с люминофором YAG для создания стабильного и эффективного источника белого света, что заставило осветительные компании задуматься о будущем своих базовых технологий.

Эффективность белых светодиодов, определяемая как количество люменов, разделенных на потребляемую мощность сетевой розетки, уже превзошла эффективность ламп накаливания и теперь примерно такая же, как у люминесцентных ламп.Эти улучшения эффективности стали особенно важными в свете глобальной озабоченности по поводу потребления ископаемого топлива. Австралия недавно объявила, что введет новые стандарты энергоэффективности, что, вероятно, приведет к запрету на продажу ламп накаливания. Подобные планы были предложены в Онтарио, Канаде и нескольких штатах США, включая Калифорнию и Нью-Джерси. Хотя ожидается, что в ближайшем будущем компактные люминесцентные лампы заменят большинство ламп накаливания, в будущем источником света могут стать светодиоды.

Исторически светодиоды использовались в основном как маломощные монохроматические индикаторные лампы. Одним из наиболее распространенных корпусов светодиодов был корпус со сквозным отверстием T 1-3 / 4 (вверху слева). Цифра 1-3 / 4 обозначает диаметр корпуса в восьмых долях дюйма, поэтому внешний диаметр линзы составляет примерно 5 мм. Кристалл, излучающий свет, имел размер всего 0,3 x 0,3 мм и номинально использовался с максимальным током 20 мА. Большие размеры и более высокие токи обычно не использовались, потому что в корпусе T 1-3 / 4 использовались провода, которые не могли выдерживать более высокую тепловую нагрузку.

Чтобы обеспечить больше света, размер светоизлучающей матрицы был увеличен, и матрица размером 1 x 1 мм стала довольно распространенным размером. Эти более крупные кристаллы используют более высокие токи (например,> 350 мА), и это потребовало изменений тепловой конструкции как кристалла, так и корпуса светодиода. Некоторые корпуса могут выдерживать токи более 1 А для кристалла размером 1 x 1 мм. Увеличение размера кристалла и повышение эффективности светодиодов внесли свой вклад в улучшение выходной мощности светодиодных корпусов.

Светодиодные корпуса

теперь могут обеспечивать световой поток в сотни люмен по сравнению с одним или двумя.Конечно, можно комбинировать несколько кристаллов для получения еще более высокой производительности. Например, исследователи из Lamina продемонстрировали твердотельный двигатель белого света на 28000 люмен.

Зависимость яркости от яркости

Термин «светодиоды высокой яркости» использовался для описания светодиодов с достаточно высокой яркостью, чтобы зрители не могли смотреть на них прямо. В то время как яркость — это точный технический термин, определяющий величину, которую можно измерить, яркость — это неколичественная ссылка на физиологические ощущения и восприятие света.

Оптическая иллюзия: яркость в зависимости от яркости. В то время как яркость — это точный технический термин, определяющий величину, которую можно измерить, яркость — это неколичественная ссылка на физиологические ощущения и восприятие света. Центральный прямоугольник с постоянной яркостью имеет градиент «яркости», когда фон неоднороден (вверху). Однако, когда фон и центральный прямоугольник разделяются, яркость центральной полосы больше не меняется (внизу).

Оптическая иллюзия, показанная на рисунке справа, является интересной иллюстрацией взаимосвязи между яркостью и яркостью. Свет от тонкой прямоугольной полосы в центре имеет постоянную яркость, а фон имеет градиент яркости. При размещении поверх фона тонкая полоска также имеет градиент «яркости» — но это только иллюзия. Как показано в нижней части рисунка, когда центральная и фоновая области разделены, становится очевидным, что тонкая полоса имеет равномерную яркость.Высокая яркость обычно подразумевает высокую яркость, но яркость менее точна и может использоваться в более общем виде.

Яркость источника света может быть ключевым фактором при определении того, можно ли обеспечить достаточный поток для приложения. Яркость — это поток, деленный на интеграл площади и спроецированного телесного угла, где интеграл площади и спроецированного телесного угла называется продолжением. Часть оптической системы, ограничивающая внешнее пространство, может находиться внутри оптической системы, например, размер пространственного модулятора света в сочетании с числовой апертурой проекционного объектива.

Иногда ограничивающая апертура — это просто выходной размер оптической системы. Хотя несколько светодиодов могут быть объединены для обеспечения необходимого количества люменов, добавление большего количества светодиодов не увеличивает яркость объединенного источника. В проекционных системах и автомобильных фарах яркости светодиодов не всегда бывает достаточно. Например, для фар номинально требуется более 25 мегабит по сравнению с 5-15 мегабитами, которые являются современным уровнем для многих белых светодиодов. (Одна мега-нит — это 1 миллион кандел на квадратный метр.)

Потребность в более высокой яркости помогла стимулировать разработку некоторых светодиодных источников, таких как технология фотонной решетки, разработанная Luminous Devices. Яркость также увеличивается, если размер светодиода и диаграмма направленности остаются постоянными, а эффективность увеличивается. Поскольку повышение эффективности обычно коррелирует со снижением стоимости светового потока, ожидается, что по мере развития технологии светодиодная технология будет расширяться в приложениях с более высокой яркостью.

Цвет светодиода

Светодиоды высокой яркости могут отображать цвета в видимом спектре.Системы материалов как AlInGaP, так и InGaN используются для производства светодиодов высокой яркости. Соединения алюминия, индия, галлия и фосфида используются для получения красного, оранжевого, желтого и даже зеленого цветов, в то время как соединения нитрида индия и галлия используются для получения ультрафиолетового, синего, сине-зеленого и истинно зеленого цветов.

светодиодов также используются для создания белого света. Обычно это делается с помощью светодиода с люминофором или путем объединения нескольких монохроматических светодиодов. Люминофорный подход обеспечивает надежный интегрированный пакет с разумной эффективностью.Использование люминофора приводит к потере света из-за стоксова сдвига, так что более высокая эффективность может быть достигнута за счет объединения нескольких светодиодов.

Объединение нескольких монохроматических светодиодов дает возможность настройки цвета. Например, один прибор может обеспечивать либо «теплый» белый, либо «холодный» белый цвет. Эта возможность настройки — палка о двух концах. Мощность отдельных светодиодов должна быть отрегулирована в правильной пропорции и смешана по всей диаграмме направленности. Такой контроль цвета является проблемой не только для светодиодных систем высокой яркости, но и для традиционных стандартов CIE, используемых для определения характеристик систем освещения.Даже изменение на пару процентов в выходе красного светодиода в системе RGB может привести к заметным изменениям цвета. Этой жесткой чувствительностью можно управлять с помощью систем обратной связи, которые контролируют выход светодиода.

Схема типовой конструкции подсветки. Рендеринг зажженного сотового телефона. Сам дисплей подсвечивается белыми светодиодами. Клавиатура и индикаторные кнопки подсвечиваются монохромными светодиодами.

Другие преимущества светодиодов

В дополнение к разным цветам и высокой мощности светодиоды высокой яркости могут обеспечить долгий срок службы, обычно свойственный полупроводниковым устройствам.Срок службы светодиодов может превышать 100 000 часов, что значительно больше, чем 2 000 часов, которые номинально связаны с лампами накаливания. Длительный срок службы светодиодов предлагает смену парадигмы в области освещения. Вместо того, чтобы разрабатывать светильники, в которых лампа периодически заменяется, светодиодные фонари могут продлить срок службы светильника. Новая парадигма заключалась в замене всего прибора, а не только источника света.

Эффективность светодиодов может превышать 100 люмен на ватт (LPW), и она продолжает расти.В будущем возможна эффективность более 200 LPW, при этом многие технологические дорожные карты ожидают более 160 LPW к 2015 году. Это впечатляет по сравнению с вольфрамово-галогенной технологией, которая обеспечивает от 15 до 25 LPW, и флуоресцентной технологией, которая обеспечивает от 60 до 100 л / Вт.

Срок службы, цвет и количество света, излучаемого светодиодами высокой яркости, зависят от температуры полупроводникового перехода. По мере того, как плотность тока в светодиодах увеличивается для получения большего количества света, количество тепла, которое необходимо отводить для управления температурой перехода, также увеличивается.Это тепло в основном удаляется за счет теплопроводности, что является значительным изменением по сравнению с традиционными технологиями освещения, которые в основном полагаются на радиационное охлаждение.

Эти тепловые характеристики особенно важны для систем освещения, где требуется большой поток, поскольку эффективность светодиода падает на верхнем пределе допустимой температуры перехода. Выпуск коммерческой продукции продолжает расти по мере совершенствования инженерных разработок, чтобы производительность продукции приближалась к показателям, продемонстрированным результатами исследований.Однако даже сегодня светодиоды с высоким магнитным потоком интегрированы в продукты, эффективность которых составляет от 25 до 50 л / Вт.

Применение светодиодов высокой яркости

С увеличением мощности светодиодов светодиоды уже заменили другие технологии источников света во многих приложениях, включая светофоры, автомобильные сигнальные лампы, мобильные телефоны и фонарики. В настоящее время ведется работа по разработке приложений источников высокой яркости для систем проекторов, технологий задней подсветки, портативного освещения, твердотельного освещения и регулируемого освещения.

Проекторы
Источники высокой яркости использовались с пространственными модуляторами света (SLM) для создания систем проекторов. В последние годы были разработаны газоразрядные лампы высокого давления, особенно ртутные лампы высокого давления; Обычно яркость экрана составляет от 500 до 2000 люмен. Технологии SLM, используемые для проекторов, обычно основаны на жидких кристаллах (например, пропускающие или отражающие ЖК-дисплеи) или на массивах подвижных микрозеркал (например.г., DLP). Источники с высокой яркостью желательны для минимизации размера и стоимости проекционной системы, особенно самого ПМС.

С увеличением яркости и общей мощности светодиодов теперь можно разрабатывать системы проекторов, использующие светодиоды. Многие компании заинтересованы в разработке класса проекторов с яркостью от 25 до 50 люмен. Поскольку эти проекторы маленькие, их иногда называют карманными проекторами.

Одним из преимуществ светодиодных экранных систем является более широкий цветовой диапазон по сравнению с другими технологиями источников.Проекторные системы также могут быть использованы для создания телевизионных систем обратной проекции. В этом случае SLM повторно отображается на пропускающий экран, и экран управляет диапазоном углов, под которыми можно увидеть изображение.

Подсветка
Сегодня в мире насчитывается около 2 миллиардов сотовых телефонов. Многие дисплеи сотовых телефонов используют систему подсветки для подсветки ЖК-дисплея. В наиболее распространенной системе подсветки сотовых телефонов используются светодиоды, соединенные с одной стороны тонкого пластикового световода, как показано на схеме ниже.Световод содержит элементы экстрактора, которые равномерно распределяют свет по большой площади и направляют его к ЖК-дисплею.

Плотность экстрактора для двух светодиодной подсветки. Плотность экстрактора ниже рядом со светодиодами и варьируется по световоду для достижения желаемого равномерного выхода.

Светодиодный фонарик. (Слева) CAD-изометрическая визуализация передней части фонарика, в которой используется граненый отражатель и боковой светодиод. (Справа) Фотореалистичный рендеринг, при котором небольшое изображение источника можно увидеть во многих аспектах.

Пленки с рециркуляцией света, иногда называемые пленками для повышения яркости (BEF), помещаются между световодом и ЖК-дисплеем для управления угловым распределением света. Пленки рассеивателя и отражающие пленки включены в фоновую подсветку для повышения эффективности и однородности.

Когда дискретные светодиоды размещаются вдоль края световода, рисунок экстрактора становится более сложным, чем рисунок, необходимый для люминесцентных ламп с холодным катодом. Изображение плотности вытяжек для системы с двумя светодиодами показано на рисунке справа.

Для небольших сотовых телефонов обычно используются конструкции с боковой подсветкой. Однако при больших площадях отображения желательно использовать массивы светодиодов, размещенные на большой 2D-области в сочетании с большим SLM. Такой подход с прямым освещением дает возможность управлять тепловым дизайном светодиода путем распределения тепла по большей площади по сравнению с подходом с боковой подсветкой; в настоящее время это область активного развития.

Переносные фонари
Одной из первых областей, где светодиоды высокой яркости нашли широкое применение, были переносные фонари, особенно фонарики.До появления светодиодов в большинстве фонарей использовались лампы накаливания. Поскольку светодиоды обеспечивают более высокую эффективность, чем лампы накаливания, батареи фонарей не нужно было менять так часто. Кроме того, диаграмма направленности фонарика с узким выходным углом луча может быть намного более однородной, чем диаграмма направленности лампы накаливания. Оптика для светодиодного фонарика обычно представляет собой либо твердую оптику, которая использует полное внутреннее отражение для сбора света, либо более традиционный отражатель.

Сравнение гладких и волнистых стержней для смешивания цветов светодиодов.Конус обеспечивает преобразование угла в площадь, изменяя ламбертовский выход светодиодов в полном полусфере на распределение, которое заполняет меньший угол конуса (в данном примере угол полуконуса 30 градусов).

Освещенность на выходе смесителя. На растровых графиках показана освещенность на выходной стороне микшера.

Угловое распределение на выходе из смесителя. Изображение слева показывает результат работы плавного микшера.На изображении справа показан выходной сигнал микшера с рябью с малоугловым диффузором, примененным к выходной поверхности.

Полупроводниковое освещение
Твердотельное освещение — это быстрорастущая область светодиодов высокой яркости. Он состоит из полупроводников, которые преобразуют электричество в свет, и обычно включает светодиоды высокой яркости, а также органические светодиоды и светоизлучающие полимеры. Начинают появляться твердотельные осветительные приборы, которые в конечном итоге вытеснят традиционные технологии источников света.

В некоторых случаях светодиоды высокой яркости используются с традиционными оптическими технологиями для создания диаграмм направленности, как у обычных осветительных приборов. Светодиодные светильники иногда упаковывают для замены обычных ламп, таких как лампы MR16.

Однако, в отличие от традиционных технологий освещения, светодиодные системы позволяют настраивать цвет, используя группы красных, зеленых и синих светодиодов. При правильном балансе красного, зеленого и синего цветов цвет может быть белым; однако цветовую температуру также можно настроить в соответствии с предпочтениями пользователя.Некоторые системы даже позволяют изменять цветовую температуру в течение дня в соответствии с цветовыми вариациями солнечного света.

Однако для большинства осветительных приборов требуется постоянный цвет в выходном распределении. Комбинирование отдельных светодиодов RGB для создания однородного белого должно выполняться осторожно. Один из методов смешивания выходного сигнала светодиодов — использование стержней для смешивания. На верхнем рисунке справа показаны конические гладкие и волнистые смесительные стержни. Конус обеспечивает преобразование угла в площадь, изменяя ламбертовский выход светодиодов в полном полусфере на распределение, которое заполняет меньший угол конуса (в данном примере угол полуконуса 30 градусов).

Смеситель с волнами имеет такие же макроскопические размеры, что и смеситель с гладкой поверхностью; однако тонкие структуры, ориентированные в основном по длине смесителя, наносятся на поверхность смесителя. Эта рябь улучшает смешение цветов оптического элемента, часто обеспечивая резкое улучшение однородности цвета при использовании со светодиодами RGB. На центральном рисунке показано сравнение яркости на выходе микшера с использованием круглого гладкого микшера и круглого микшера с рябью.

Степень углового распределения на выходе из гладкого смесителя и смесителя с рябью одинакова.Линзу можно использовать для повторного отображения выходного сигнала смесительного стержня, тем самым создавая четкий круговой узор пятен. В качестве альтернативы, к выходному концу смесительного стержня может быть прикреплен малоугловой диффузор, который дополнительно улучшает угловое смешение цветов и смягчает края углового распределения (см. Нижний рисунок).

Регулируемое освещение
В некоторых приложениях мощность освещения должна соответствовать законодательным или нормативным стандартам. Примеры включают автомобильные фары, автомобильные сигнальные лампы и огни взлетно-посадочной полосы аэропорта.В этих приложениях часто используются светодиоды, особенно в тех случаях, когда в традиционной технологии используется галогенная лампа в сочетании с фильтром для получения желаемого выходного цвета. Светодиоды не нуждаются в фильтре; они по своей природе могут производить цвета, соответствующие установленным стандартам.

Светодиодные блоки

также имеют то преимущество, что источник излучает свет в полусфере, а не в сфере. Выходную диаграмму можно дополнительно уменьшить, отрегулировав форму линзы, используемой в корпусе светодиода. Этот оптический контроль может позволить улучшить оптические конструкции, особенно когда желаемая диаграмма направленности имеет определенные контрольные точки, которые должны быть удовлетворены.

Большинство автомобильных задних фонарей перешли на светодиоды. Номинально это было обусловлено такими преимуществами обычных светодиодов, как долгий срок службы, высокая эффективность и нечувствительность к вибрациям. Что касается автомобильных стоп-сигналов, светодиоды обладают дополнительным преимуществом в виде более быстрого включения, чем обычные вольфрамовые галогенные лампы. Это более быстрое время включения обеспечивает дополнительные 60 футов тормозного пути на скорости 60 миль в час.

Освещение будущего

Рост исследований и разработок светодиодов в значительной степени обусловлен высокой эффективностью и долгим сроком службы этой технологии.Однако светодиоды также обладают множеством других преимуществ, включая мгновенное включение направленности для улучшенного использования света, механическую надежность, регулировку яркости цвета и работу при низком напряжении. Они также не требуют добавления фильтров для удаления излучаемого инфракрасного и ультрафиолетового света и не содержат токсичных веществ, таких как ртуть. Хотя для совершенствования технологии требуется дополнительная работа, в не столь отдаленном будущем мы можем ожидать, что светодиоды заменят почти все источники света, которые мы обычно используем.

[Уильям Дж.Кассарли работает в компании Optical Research Associates в Вустере, штат Огайо. ]

Визуализация и моделирование в этой статье были выполнены с использованием LightTools (R) от компании Optical Research Associates.

---

Ссылки и ресурсы

>> Р.В. Стил. «Обзор рынка светодиодов высокой яркости», Proc. SPIE 4445 , 1 (2001).
>> Я. Петроски. «Тепловые проблемы, с которыми сталкиваются светодиоды (СИД) нового поколения для освещения», — Proc.SPIE 4776 , 215-22 (2002).
>> Ю. Оно. «Цветопередача и световая отдача спектров белых светодиодов», Proc. SPIE 5530 , 88-98 (2004).
>> Э. Хонг и Н. Нарендран. «Метод прогнозирования срока службы светодиодных систем освещения», Proc. SPIE 5187 , 93-99 (2004).
>> Ю. Нарукава. «Светодиоды белого света», Опт. Фотон. Новости 15 (4), 24-9 (2004).
>> Дж. Бисберг. «Корпус 5 мм по сравнению с мощным светодиодом: не лучший выбор для дизайнера светильников», журнал LEDs Magazine , декабрь 2005 г.
>> И. Эшдаун. «Твердотельное освещение: подход к системной инженерии», Опт. Фотон. Новости 18 (1), 24-30 (2007).
>> Дж. Симмонс и др. «За пределами вакуумной лампы: световые решения для 21 века», Опт. Фотон. Новости 18 (6), 14-5 (2007).
>> В. Кассарли. «Оптимизация шаблона подсветки», Proc. SPIE 6834 , Paper 191, ноябрь 2007 г.
>> М. Колтрин и Дж. Цао. «Ограничения на максимально достижимую эффективность для твердотельного освещения», Proc.SPIE 6841 , Документ 17, ноябрь 2007 г.
>> Светодиодная информация от Rennselaer Polytechnic Institute
>> Lamina Lighting

Светодиоды высокой яркости: ключевой ингредиент в рецептах интеллектуального освещения

Анатомия HB-светодиодов показывает, как новые конструкции преодолевают снижение яркости и неуклонно повышают световую отдачу

Маджид Ахмад, писатель

Светодиоды высокой яркости, или HB-светодиоды, представляют собой устройства на основе полупроводников, которые имеют более высокую яркость, чем традиционные светодиоды, и могут выдерживать более высокие уровни тока и рассеиваемую мощность.Эти светодиоды обеспечивают лучшее и более дешевое освещение при относительно более низких напряжениях и быстро заполняют пустоты, создаваемые быстро исчезающими мощными лампами накаливания.

HB-светодиоды имеют более высокий индекс цветопередачи (CRI), чтобы цвета выглядели правдивыми и естественными, и они полностью регулируются без гудения или гудения. Это, в свою очередь, требует более высокой светоотдачи — также известной как световая отдача — для обеспечения стабильного качества цвета. Кроме того, существует оптическое управление, которое гарантирует отсутствие перекрестных помех между пикселями в этих специализированных конструкциях светодиодов.

Рис. 1: Рабочие детали устройства HB-LED, также показывающие уровни яркости и выходного напряжения. (Изображение: Rohm Semiconductor)

До сих пор светодиоды HB в основном использовались для наружного освещения, например, для цифровых вывесок и светофоров. Однако, поскольку они неуклонно улучшают постоянство яркости и уменьшают вариации яркости, HB-светодиоды находят все более широкое применение в различных областях, от промышленных до потребительских и автомобильных.

Новое поколение мощных светодиодов обеспечивает превосходное качество цвета и оптический контроль для внутренних, наружных и портативных дисплеев.Эти HB-светодиоды теперь используются в мобильной технике, автомобильных дневных и задних фонарях, уличных фонарях и подсветке навигационных и развлекательных дисплеев. И последнее, но не менее важное: HB-светодиоды становятся ключевым компонентом в дизайне умных домов, обеспечивая решения направленного освещения с высоким световым потоком.

Стремление к энергоэффективности и экологически чистой электронике еще больше продвигает дизайн HB-LED в сферу интеллектуального освещения. Согласно недавнему исследованию Global Market Insights , HB-светодиоды, по прогнозам, увеличат выручку с 4 долларов.63 миллиарда долларов в 2015 году до 22,46 миллиарда долларов в 2023 году.

Как работают светодиоды HB

HB-светодиоды — это высокоэффективные источники света с большей интенсивностью для освещения внутренних, наружных, архитектурных и мобильных приложений. Эти светодиоды с высоким люменом излучают в два раза больше света, чем обычные светодиодные системы освещения.

Новые светодиоды HB-LED также обеспечивают направленное светодиодное освещение с широким спектром эквивалентной мощности. Возьмем, к примеру, устройства Cree XLamp XP-G2 , которые обеспечивают на 25% большую мощность освещения при максимальном токе 2000 мА.

Эти светодиоды обеспечивают на 20% больше люмен на ватт и в 2,5 раза больше люмен на доллар по сравнению с оригинальными устройствами XP-G2. В результате снижается общая стоимость системы до 57%. Более высокая плотность светового потока также открывает новые возможности для создания осветительных приборов в ограниченном пространстве.

Значительное увеличение срока службы — еще один плюс для HB-светодиодов, срок службы которых составляет более 50 000 часов. Поэтому неудивительно, что долговременная надежность и безопасное рабочее напряжение делают HB-светодиоды более популярными по сравнению с традиционными осветительными решениями.

Но как светодиоды HB продлевают срок службы? Возьмем, к примеру, устройство Rohm Semiconductor MSL0402RGBU , в котором используется позолоченная подложка для предотвращения сульфирования, вызываемого компонентами серы в воздухе, возникающими из табачного дыма и выхлопных газов. С другой стороны, в обычных светодиодах используются посеребренные рамки и кремниевые смолы, которые приводят к снижению яркости на 30% в год в результате сульфирования.

Рис. 2: Механизм защиты от серы в HB-светодиодах сводит к минимуму снижение яркости и максимизирует надежность.(Изображение: Rohm Semiconductor)

Тем не менее, разработка недорогих, высокопроизводительных и энергоэффективных HB-светодиодов сопряжена с рядом проблем. В следующем разделе мы кратко рассмотрим, как производители микросхем решают эти важные проблемы дизайна.

Что важно в HB-светодиодах

Как упоминалось выше, снижение яркости является критической проблемой в конструкциях HB-светодиодов. Здесь Rohm утверждает, что ее светодиоды HB уменьшают отклонения яркости на 75%, и это уменьшение отклонений, в свою очередь, способствует постоянному уровню яркости.Японский поставщик не использует биннинг, широко используемый метод уменьшения вариаций яркости, поскольку он требует дополнительной сортировки и использования различных резисторов.

Вместо этого в устройствах Rohm SML-D15 серии используются высокоинтегрированные производственные технологии, позволяющие преодолеть ограничения обычного производства светодиодов. Эти одноранговые HB-светодиоды размером 1,6 × 0,8 мм утверждают, что они улучшают яркость в 3 раза по сравнению с обычными продуктами.

Миниатюризация — еще одна важная тенденция, определяющая конструкции HB-LED по мере того, как приложения освещения переходят на более компактные и сложные форм-факторы.Например, существуют сверхкомпактные светодиоды рефлекторного типа, оптимизированные для потребительских устройств, таких как матричные источники света для игр и носимых устройств.

Рис. 3. Новые светодиоды HB-LED обладают большей плотностью энергии в меньших форм-факторах. (Изображение: Rohm Semiconductor)

Яркий тому пример — трехцветный светодиодный рефлектор

Rohm MSL0402RGBU размером 1,8 × 1,6 мм. Светодиод высокой плотности поддерживает светодиодные матрицы высокого разрешения с надежными характеристиками смешивания цветов.Кроме того, светодиод MSL0402RGBU уменьшает монтажную площадь до 70%.

Дизайнерам освещения также следует остерегаться HB-светодиодов в условиях высоких температур. Ожидается, что срок службы этих мощных светодиодов будет как минимум вдвое больше, чем у обычных светодиодов. Таким образом, чтобы противодействовать риску поломки, светодиоды HB должны увеличивать выходной ток и снижать тепловое сопротивление для устранения влияния температуры окружающей среды.

Еще одна жизненно важная проблема, которую, по утверждениям компании Rohm, решают устройства MSL0402RGBU, — это защита от эффектов электростатического разряда, которые могут вызвать протекание тока от соседних светодиодов и привести к излучению света из цепей матрицы.В то время как в светодиодах для защиты от электростатического разряда традиционно используются стабилитроны, решение Rohm LED включает в себя элемент с высоким сопротивлением электростатическому разряду и, таким образом, устраняет необходимость в отдельном защитном диоде Зенера.

Светлое будущее

Светодиоды

HB-LED прошли долгий путь от конструкций с грубой точечной матрицей, размер которых достигал 3,5 × 2,8 мм, в то время как их характеристики ухудшились при переходе на более высокое разрешение. Десятилетия усилий по миниатюризации светодиодов также привели к значительно меньшему монтажному пространству по сравнению с обычными светодиодами.

Возьмем, к примеру, серию VLD.1232 сверхъярких светодиодов с синим и зеленым цветом от Vishay Semiconductors. Светодиоды обеспечивают высокую яркость с типичной силой света 16 000 мкд и поставляются в компактных, не тонированных корпусах для поверхностного монтажа с купольными линзами. Кроме того, они используют технологию сапфирового чипа, чтобы сузить угол излучения до ± 9 ° без необходимости использования внешней линзы.

Рис. 4: Высокая яркость и компактный корпус делают сверхъяркие светодиоды Vishay подходящими для широкого спектра применений, от светофоров и знаков до подсветки аудио и видео оборудования.(Изображение: Vishay Intertechnology)

Тенденции к миниатюризации в дизайне HB-светодиодов идут рука об руку с стремлением преодолеть проблемы снижения яркости и повысить значения CRI для лучшего качества цвета. Это показывает, насколько быстро HB-светодиоды развиваются для улучшения визуального восприятия, а также световой отдачи.

Время явно на стороне этих мощных светодиодов в условиях заботы об окружающей среде и экологического движения в области дизайна электроники. Одно правительство за другим вводят в действие нормативные акты в области энергетики, требующие создания энергоэффективных светодиодных осветительных приборов.

Здесь, на этом перекрестке технологий освещения, HB-светодиоды выглядят ярче и ярче, чем когда-либо, обещая преобразовать опыт освещения в отраслевых инициативах, охватывающих от умных зданий до умных городов и умных автомобилей.

Статья по теме:

Избегайте повреждения пускового тока при тестировании светодиодов высокой яркости

Tektronix делится советами о том, как предотвратить чрезмерный пусковой ток при тестировании светодиодов высокой яркости и почему это важно.

Подробнее о журнале «Электронные продукты»

Лазерная генерация высокой яркости на субмикронном уровне, обеспечиваемая светодиодами (светодиодами) без провисания ребер

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Архитектура светодиода на ребрах, показанная на рис. 1A, включает латеральный нанофинт ZnO (1), эпитаксиально выращенный на p -GaN. ZnO имеет кристаллическую структуру вюрцита и ширину запрещенной зоны ( E _g ) 3,36 эВ, аналогичную GaN ( E _g = 3.43 эВ). Однако он имеет значительно большую энергию связи экситона около 60 мэВ (по сравнению с 24 мэВ в GaN) ( 38 ), что делает его более эффективным для высокотемпературных источников света и оптоэлектроники, устойчивой к радиационным повреждениям. Ребра выращиваются посредством процесса роста пар-жидкость-твердое тело (VLS), катализируемого Au, который направлен на поверхность ( 39 ), где нанокапли Au, сформированные на периферии каталитического узора, зарождаются нанофинками (рис. 1B). ). На c -GaN ребро из ZnO растет вертикально в направлении [0001] и латерально в направлении м со средней шириной около 160 нм и длиной около 5 мкм или более.Ребро из ZnO могло иметь одну или две большие неполярные (112¯0) боковые грани ( 39 ). Изготовление ребристого светодиода завершается подключением ребра типа n к металлическому электроду n . Мы использовали метод «селективного по граням контакта» (рис. 1, C и D), в котором одна из боковых граней ребра сначала пассивируется диэлектрическим слоем (2), нанесенным под углом (рис. 1D). Другая неполярная боковая грань остается доступной для установки металлического электрода с контактом n (3), как показано на рис.1E. Метод селективного контакта с боковой гранью также приводит к легкому формированию чистых границ раздела металл-полупроводник, как показано в поперечном сечении на рис. 1F. Стратегия изготовления, которая позволяет использовать низкоомные контакты большой площади для ребристых светодиодов, будет описана в другом месте.

Рис. 1 Архитектура и этапы изготовления светодиода с ребрами n -ZnO на p -GaN.

( A ) Пиксель светодиода с ребрами включает ребро n -ZnO (1), изолирующий диэлектрический материал (2) и металлический контакт n (3).( B ) Поверхностно-направленное ребро из ZnO, эпитаксиально выращенное на c -плоскости GaN из образца Au-катализатора посредством процесса поверхностно-направленного роста VLS. ( C ) Изолированные ребра формируются путем удаления исходного участка катализатора с помощью фотолитографии и влажного травления. ( D ) Одна из боковых граней ребра пассивирована посредством фотолитографии и осаждения оксида под углом. Открытый фасет имеет приблизительную площадь H × W , где « H » — высота, а « W » — ширина.Максимальная длина W может быть длиной ребра ( L ). ( E ) Открытая сторона ребра принимает металлический контакт n . ( F ) Электронная микрофотография поперечного сечения ребристого светодиода. На вставке схематично показаны ребро, металлический контакт n и подложка из GaN.

На рис. 2 представлено оптическое изображение (A) пикселя светодиода с одним ребром (в процессе работы) и его увеличенное изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) (B), очерчивающее различные части устройства, такие как металлические контакты.Электроадресные светодиодные пиксели на ребрах изготавливаются с использованием стандартной фотолитографии. На рисунке 2C показан пример линейного массива. На этом оптическом изображении пиксели светодиода на ребрах, содержащие от 1 до 10 ребер, расположены на расстоянии 120 мкм друг от друга в диапазоне 1 см. Для лучшего распределения тока в слое p -GaN контактные микроэлектроды p (желтые участки) расположены через каждые 170 и 300 мкм.

Рис. 2 Ребристый светодиодный пиксель.

( A ) Оптическое изображение пикселя светодиода, содержащего один плавник.Желтый электрод (истинный цвет) на левой стороне — это металлический контакт p . Отмеченная область показывает светодиод на ребре под прямым смещением. Его SEM-изображение показано в ( B ), на нем выделены различные слои пикселя и кристаллографические направления GaN. ( C ) Оптическое изображение линейного массива светодиодных пикселей на ребрах. Яркие точки представляют собой включенные пиксели светодиода на плавниках. Желтыми линиями выделено положение электродов p по отношению к контактам n .На изображении направление роста ребер ZnO находится в [11¯00] _GaN . Тонкие светодиодные пиксели настолько яркие, что отдельные пиксели в линейном массиве с проволочным соединением могут быть непосредственно измерены перед зарядом метрологического уровня. спектрорадиометр с матрицей связанных устройств (ПЗС) без фокусирующей оптики (рис. 3А). Используя эту установку, были измерены полные спектральные потоки излучения отдельных пикселей светодиодов на ребрах при различных токах возбуждения. На рис. 3В показана серия репрезентативных спектров электролюминесценции (EL), полученных от пикселя, содержащего восемь наноребр (пиксель № 17), со средней длиной ребра 5 мкм и высотой 1 мкм.Видны два пика при 3,37 (368 нм) и 3,28 эВ (378 нм) при увеличении тока. Эти длины волн согласуются с рекомбинацией нейтрального донорного связанного экситона (D ⁰ X) в ZnO. Наблюдение за этими двумя пиками при комнатной температуре и их согласие с данными катодолюминесценции (CL) при комнатной температуре (закрашенный спектр) подчеркивает высокое качество ребер ZnO и подчеркивает низкую концентрацию донорных состояний по сравнению с той, которая обычно наблюдается в непреднамеренно n Нанопроволоки ZnO, легированные ( 38 , 40 ).О низкой концентрации донорных состояний также свидетельствует поток дырок от p -GaN к n -ZnO и их рекомбинация в плавнике ZnO. Подгонка этих спектров дает полную ширину на полувысоте (FWHM) только 5 и 18 нм для этих двух пиков, демонстрируя низкую плотность дефектов ребер. В спектрах электролюминесценции при более низких токах инжекции появление красного плеча около 2,96 эВ (420 нм) указывает на излучательную рекомбинацию e — h в GaN из-за медленного движения дырок к границе раздела pn .По мере увеличения управляющего тока интенсивность пиков ультрафиолетовой (УФ) ЭЛ при 3,37 эВ (368 нм) и 3,28 эВ (378 нм) продолжает расти, в то время как рекомбинация e — h в GaN подавляется.

Рис. 3 ЭЛ и выходная мощность ребристых светодиодов.

( A ) Матрица из ребристых светодиодов, соединенная проволокой, установленная перед интегрирующей сферой диаметром 44 мм, которая подключена к калиброванному спектрорадиометру с матрицей ПЗС метрологического уровня с помощью жгута оптических волокон. Ребристый светодиодный пиксель (1), держатель микросхемы (2), установленный на столике (3), и детектор (4).Фото: Бабак Никобахт, Национальный институт стандартов и технологий. ( B ) Полный спектральный поток яркости (Вт / нм) репрезентативного пикселя, содержащего восемь светодиодов на ребрах, при увеличении тока инжекции с 1 до 10 мА. Каждый спектр представляет собой среднее значение пяти измерений с общим временем 325 с. Два интенсивных пика УФ-излучения появляются при 368,5 нм (3,369 эВ) и 378,5 нм (3,280 эВ). Заполненный спектр — это ХЛ одиночного ребра из ZnO при 2 кэВ. A.U., условные единицы. ( C ) Полная выходная мощность (левая ось) и данные напряжение-ток (правая ось) репрезентативного пикселя, содержащего три светодиода на ребрах, при различных токах инжекции от 1 до 100 мА.Расширенная погрешность измерения мощности составляет менее 5%, с коэффициентом охвата k = 2.

Для дальнейшего изучения влияния тока возбуждения на выходную мощность и спектральные свойства ребристых светодиодов, общий спектральный поток яркости (Вт / нм ) пикселя (№ 50), содержащего пять ребер, исследовали до 100 мА (предел измерительной установки) с использованием интегрирующей сферы, описанной на фиг. 3A. Пиксель работал под постоянным током смещения в течение времени работы 50, 25, 10, 5, 2.5, 1 и 0,5 с и для диапазона тока 1, 2, 5, 10, 20, 50 и 100 мА соответственно. После каждого измерения время покоя в течение 10 минут гарантировало, что светодиод на ребрах достигнет равновесной температуры 25 (± 0,1) ° C, установленной с помощью ступени с регулируемой температурой. График полного лучистого потока-тока на рис. 3C (темные кружки) показывает почти линейное увеличение выходной мощности. Например, 100-кратное увеличение подаваемого тока приводит к примерно 108-кратному увеличению оптической мощности для пикселя, т.е.е., 1 мкВт при 100 мА. Это наблюдение показывает, что при высоких токах потери носителей из-за безызлучательных событий хорошо контролируются. Потеря носителей внутри активной области при больших вводимых токах — один из основных процессов, способствующих падению эффективности. По мере увеличения тока рост интенсивных пиков УФ-ЭЛ в диапазоне от 3,37 до 3,18 эВ (от 368 до 390 нм) на рис. 4A показывает, что излучательная рекомбинация происходит в ребре ZnO, как показано на полосовой структуре Гетеропереход ZnO-GaN (рис.4Б). В отличие от других типов светодиодов, при высоких токах инжекции поток электронов (утечка электронов) на p -GaN не наблюдается в ребристых светодиодах. Такая утечка является важным фактором, способствующим эффекту спада при высоких плотностях тока ( 41 ).

Рис. 4 ЭЛ ребристых светодиодов при высокой плотности тока и высокой температуре.

( A ) Полный поток спектральной яркости (Вт / нм) репрезентативного пикселя, содержащего три светодиода на ребрах, при увеличении тока инжекции с 1 до 100 мА.Время сбора данных при каждом токе возбуждения составляет 50, 25, 10, 5, 2,5, 1 и 0,5 с соответственно. ( B ) Зонная структура ZnO-GaN. ( C ) Красные смещения положения УФ-пика (в эВ) при увеличении тока. Расширенная неопределенность положения измеренного пика составляет менее 0,5 нм, с коэффициентом охвата k = 2. ( D ) Изменение EL пикселя светодиода на ребре при низкотоковой нагрузке 2 мА при повышении температуры с 25 ° до 110 ° C с использованием ступени с регулируемой температурой. Широкая эмиссия на 420.2 нм (2,955 эВ) из-за e — h рекомбинация на стороне GaN не вызывает красного смещения, но подавляется, когда температура достигает 110 ° C. Интенсивность первого УФ-излучения, связанного с рекомбинацией e — h в ребре ZnO на длине волны 368,5 нм (3,369 эВ), остается почти такой же, но имеет красное смещение при 4,8 нм и почти перекрывается со вторым УФ-пиком. ( E ) Полный лучистый поток (выходная мощность) четырех случайно выбранных пикселей светодиода на ребрах в диапазоне от 1 до 3,5 мкВт (± 10%).( F ) FDTD-имитация вывода света из светодиода на ребре, если смотреть с длинной стороны ребра. Размеры указаны на рисунке. Одиночный диполь ориентирован на границе под углом 45 °. Лучи света уходят больше с высоких сторон плавника. Модель показывает около 8% выбросов с боков и 7% сверху.

По мере увеличения тока пики EL UV смещаются примерно линейно (см. Рис. 4C). Например, пик с 3,37 эВ (368,5 нм) смещается в красное смещение примерно на 27 мэВ (3 нм) при 10 мА и 144 мэВ (17 нм) при 100 мА, достигая 3.22 эВ (385,4 нм). Этот сдвиг происходит из-за повышения температуры перехода. Температурно-зависимые исследования электролюминесценции светодиодов на ребрах также показывают линейное красное смещение положения пика УФ-излучения (рис. S1). На основе этих измерений красное смещение 144 мэВ светодиода на ребрах соответствует заметному повышению температуры перехода примерно до 340 ° C во время его работы в течение 0,5 с. При низком токе инжекции 2 мА температурно-зависимый анализ электролюминесценции от 25 ° до 110 ° C (рис. 4D) не показывает заметных изменений в рекомбинации заряда в ребре из ZnO.Следовательно, связанная с дефектами безызлучательная рекомбинация носителей заряда Шокли-Рида-Холла (SRH) в ребре незначительна. Между тем, при повышении температуры as наблюдается постепенное подавление рекомбинации e — h в GaN (рис. S2). Эти результаты подчеркивают устойчивость светодиодов с ребрами ZnO к процессам безызлучательной рекомбинации как при низкой, так и при высокой плотности тока. Устойчивость ребристых светодиодов к высоким температурам также соответствует более высокой энергии связи экситонов ZnO по сравнению с GaN.Пиксели светодиода на ребрах с числом ребер меньше пяти, что соответствует пикселям с большим количеством ребер, показывают, что их общий лучистый поток (выходная оптическая мощность) линейно растет с введенным током и при 50 мА достигает от 1 до 3,5 мкВт, как показано для четыре случайно выбранных пикселя на фиг. 4E. С учетом активной площади ребристого светодиода эти значения соответствуют плотности выходной мощности в диапазоне от 16 до 235 Вт / см ² (Дополнительные материалы). Обратите внимание, что при 50 мА пиксели светодиода на ребрах получают значительную плотность тока в диапазоне 0.От 45 до 2,2 МА / см ² , в зависимости от количества ребер (дополнительные материалы), что подчеркивает их выгодные большие боковые грани для подачи тока. Показано, что светодиоды на основе нанопроводов принимают плотности тока в диапазоне от 0,2 до 7 кА / см ² , что обычно переводит их в режим спада ( 26 , 27 ). Моделирование во временной области (FDTD) (рис. 4F) показывает, что светодиоды на ребрах излучают свет своими гранями, открытыми в воздух, и имеют собственную эффективность вывода света (LEE) около 15%.Остальной свет захватывается подложкой p -GaN из-за более высокого показателя преломления GaN (2,5) по сравнению с ZnO (2,2). Измеренный диапазон плотностей выходной мощности на рис. 4E показывает, что светодиоды с ребрами могут превышать плотность мощности коммерческих планарных светодиодов UV-A от ≈23 до 75 Вт / см ² , которые сконструированы так, чтобы иметь более 85% мощности. LEE ( 21 , 42 ). Увеличивая LEE выше 15%, мы оцениваем увеличение яркости источников света на основе ребер до пяти раз, например, путем связывания их с волноводными модами или уменьшения захвата света в пластине GaN.Отчеты об измерениях мощности отдельных светодиодных пикселей нанопроволоки немногочисленны; однако недавние измерения с использованием ансамблей отдельно стоящих светодиодов с нанопроволокой показывают значения плотности мощности в диапазоне 0,001, 0,5 и 3 Вт / см ² , соответственно, для аксиальных нанопроволок InGaN / GaN ( 43 ), InGaN / AlGaN. точка в проводе нанопроволока ядро-оболочка ( 44 ) и нанопроволока ядро-оболочка AlInGaN ( 45 ) .Поскольку плотность тока достигает более 50 мА (около 500 кА / см ² ) в некоторых Для светодиодных пикселей на ребрах широкое ЭЛ-излучение на 385 нм сужается до двух интенсивных линий на 403 и 417 нм.Это явный признак генерации. Типичный пример, представленный на фиг. 5A, показывает спектральную эволюцию пикселя №43 при различных токах возбуждения и появление двух острых пиков при 100 мА. Аналогичная генерация наблюдается и на других пикселях (рис. S3). В пикселе №43 мы наблюдаем линейное красное смещение в положениях пика электролюминесценции при увеличении тока, аналогично пикселю №50 (рис. 4C), которое мы связываем с повышением температуры перехода (рис. 5Bi). Отметим, что пиксель # 43 с одним плавником показывает 143 мэВ (16.5 нм) красное смещение пика электролюминесценции при 50 мА, предполагая, что температура перехода составляет приблизительно 340 ° C. Полный лучистый поток пикселя № 43 во время излучения светодиода и генерации, представленный на рис. 5Bii (красные кружки), показывает рекордную выходную мощность 1,9 и 20 мкВт при 50 и 100 мА соответственно. Полуширина излучения электролюминесценции на рис. 5Bii (пурпурные ромбы) сужается от 65 до 2,7 нм при накачке устройства при 100 мА. Это 10-кратное увеличение выходной мощности за счет двукратного увеличения подаваемого тока.На рисунке 5Ci сравнивается выходная мощность этого пикселя (красные кружки), работающего как лазерный диод, с другими пикселями как светодиодами. Если бы пиксель № 43 был светодиодом, то мы ожидали бы только двукратного увеличения выходной мощности, как видно на пикселе № 50 на рис. 5Ci (фиолетовые треугольники). Подобно пикселю №43, мы наблюдаем отличную согласованность линий излучения генерации в других пикселях с генерацией (таких как пиксели №28 и №49; рис. S3).

Рис. 5 Переход ребристых светодиодов на ребристый лазер при высокой плотности тока.

( A ) Полный спектральный поток излучения светодиодного пикселя № 43 на ребре в диапазоне от 1 до 100 мА показывает эволюцию спектра электролюминесценции.Время сбора данных при каждом токе возбуждения составляет 65, 30, 5, 1, 0,5, 0,1 и 0,02 с соответственно. ( B ) (i) Пока пиксель №43 находится в режиме светодиода, сдвиг в позиции пика EL изменяется линейно, когда ток возбуждения увеличивается до 50 мА. (ii) Полный поток излучения в микроваттах, выходная мощность (левая ось) и сужение ширины линии ЭЛ (правая ось) пикселя № 43 в диапазоне от 1 до 100 мА. ( C ) (i) Полный поток излучения пикселя № 43 (красный) в микроваттах в режимах светодиода и генерации и его сравнение с тремя другими светодиодными пикселями.(ii) Графики WPE пикселя №43 (красный) в режиме генерации и его сравнение с тремя другими светодиодными пикселями. На (B) и (C) плотность тока в верхней части графика соответствует пикселю №43.

Наши результаты показывают, что ребро из ZnO на GaN может действовать как резонатор Фабри-Перо. Численное моделирование с использованием трехмерной техники FDTD показывает соответствующий спектральный отклик, измеренный в дальней зоне при возбуждении произвольно ориентированным широкополосным диполем, расположенным на границе раздела между ZnO и GaN (рис. S4). Различные режимы пассивного резонатора, разделенные свободным спектральным диапазоном (FSR) приблизительно от 14 до 16 нм в резонаторе, согласуются с экспериментально измеренным интервалом между двумя модами генерации (14 нм).Обратите внимание, что экспериментально наблюдаемый FSR 14 нм соответствует приблизительной длине резонатора 2,5 мкм (при условии, что индекс моды равен 2,4). Типичная FWHM пассивных мод резонатора составляет приблизительно 9 нм, что соответствует добротности ( Q = λ / δλ) резонансной моды ≈45. Этот фактор ограничивается в первую очередь радиационными потерями (в свободное пространство и волноводность в слое GaN). Создавая узор из слоя GaN вокруг нановолокна, мы ожидаем, что добротность улучшится на порядок.При электрической накачке резонатора выше порога генерации появляются две моды генерации на 403 и 417 нм (рис. 5А). Уменьшение ширины линии с 9 до 2,7 нм при генерации соответствует ожидаемому при переходе от режима спонтанного излучения к режиму вынужденного излучения. Мы полагаем, что ширина линии генерации в текущей конфигурации ограничена как радиационными потерями (как обсуждалось выше), так и безызлучательной рекомбинацией из-за высокой температуры перехода. Способность плавника с примерным объемом 0.8 мкм ³ для достижения инверсии населенностей весьма примечательно, поскольку ожидалось, что эффекты спада и оптические потери сократят полость ребра при температуре перехода около 340 ° C и плотности тока 1000 кА / см. ² . Предыдущее теоретическое моделирование также показало, что тепловые эффекты могут сделать работу наноСИД и нанолазера неустойчивой за пределами 100 кА / см ² ( 11 ). Чтобы лучше понять влияние путей рекомбинации e — h в плавниках, мы исследовали эффективность настенной розетки (WPE) ребер в режимах светодиода и генерации.На рисунке 5C (ii) показана общая тенденция WPE для пикселей в светодиодном режиме, у которого наблюдается рост, за которым следует спад, в то время как для пикселя генерации (красный кружок) WPE внезапно увеличивается до 100 мА. WPE (η _WP ) ребристого светодиода составляет η _WP = η _INJ × η _LEE × η _IQE × η _DRIVER соответственно, включая инжекцию тока, LEE, IQE и драйвер (кормления) эффективности. Эффективность драйвера ηDRIVER∼EgapqVbias — это отношение средней энергии испускаемых фотонов к полной энергии, которую электронно-дырочная пара получает от источника питания.Это значение было вычислено с использованием сканирования вольт-амперной характеристики светодиодов на ребрах (рис. S5) и использовано в приведенном выше уравнении WPE для извлечения зависимостей IQE для пикселей лазерных светодиодов на ребрах, как показано на полулогарифмическом графике на фиг. 6A. Как видно, IQE светодиодных пикселей на ребрах не показывает падения эффективности даже при очень высоких плотностях тока 1000 кА / см ² . Кроме того, IQE показывает резкое увеличение, когда пиксель становится лазерным диодом. Это замечательно, поскольку обычно светодиоды демонстрируют сильное снижение эффективности IQE с увеличением плотности тока.Экспериментально измеренные значения WPE или EQE (внешней квантовой эффективности) для светодиодов с нанопроволокой, основанные на абсолютных данных о лучевом потоке, немногочисленны. Более ранние полуколичественные оценки светодиодов на основе нанопроволоки на основе GaN показывают, что пики EQE или IQE при малых токах инжекции в диапазоне от 0,4 до 5 мА ( 25 — 27 , 46 ) соответствуют плотностям тока от 0,2 до 10 кА / см ² . Более свежий количественный отчет о наностолбиках светодиодов на основе InP с металлическими резонаторами показывает, что мощность около 22 нВт при максимальном EQE 10 ^-4 достигается в диапазоне тока 0.От 2 до 0,4 мА (плотность тока 100 кА / см ² ) ( 17 ). Поскольку конструкция ребер предотвращает опрокидывание в EQE, можно достичь сравнимого EQE 6 × 10 ⁻⁵ , но при более высоких плотностях тока в 40 раз. Это преимущество приводит к получению плавниковых пикселей с выходной мощностью в 1000 раз большей, чем у светодиодов с наностолбиками, с одной из лучших заявленных характеристик.

Рис. 6 IQE-эффективность ребристых и планарных светодиодов.

( A ) График IQE пикселя № 43 (красный) в режимах светодиода и генерации и его сравнение с тремя другими светодиодными пикселями.Верхняя шкала представляет плотность тока для пикселя №43. ( B ) Длина распространения заряда светодиода на ребре « d » в режимах инжекции низкого и высокого тока. ( C ) Рассчитанное соотношение IQE в зависимости от безразмерного потока тока Дж для обычных светодиодов по формуле. S10 и ур. S3. Безразмерная константа оже-рекомбинации c _a изменяется от 0 до 0,6 (шаг 0,1). ( D ) Расчетное соотношение IQE к безразмерному потоку тока Дж для ребристого светодиода, по формуле.S13 и ур. S3. Безразмерная константа оже-рекомбинации c _a изменяется от 0 до 0,6 (шаг 0,1). Параметр, используемый в расчетах, представляет собой безразмерный поток инжектируемого тока j _o = 5.

Как мы обсудим ниже, архитектура гетеродинамических ребер способствует ограничению эффекта спада и, следовательно, помогает в повышении IQE, которое является определяющий параметр в общей производительности светодиода. Другим ключевым фактором для достижения высокой мощности излучения и генерации является высокое качество кристалла ZnO, о чем свидетельствуют узкополосные переходы, наблюдаемые при спектроскопии ХЛ и ЭЛ.Чтобы поддержать эту интерпретацию, мы представляем трехпараметрическую (ABC) модель, основанную на радиационных и безызлучательных процессах, включая SRH и оже-рекомбинацию ( 47 ), в которой энергия в конечном итоге выделяется в виде тепла. Согласно модели ABC (Дополнительные материалы, уравнение S1), IQE задается следующим образом: N _p = n / n _o — размерная плотность электронно-дырочной пары, no = AB, c _a = CA / B ² и c _a — безразмерная константа оже-рекомбинации.Эта модель (рис. S6) описывает влияние роста безызлучательной оже-рекомбинации и снижения IQE. В установившемся режиме градиент потока плотности тока оценивается как Дж = I / ( qd ), где Дж = An + Bn ² + Cn ³ . Здесь I — плотность тока, q — заряд электрона, а d — характерная длина области рекомбинации.Градиент потока плотности тока ( Дж ) можно было бы переписать как j = Np + Np2 + caNp3. Здесь безразмерная плотность потока тока составляет j = J / ( An _o ). Мы рассматриваем два предельных случая: 1) режим малой инжекции, когда генерация происходит вблизи гетерограницы (в данном случае случае оже-рекомбинация незначительна) и (ii) режим высокой инжекции, когда генерация происходит в ребре, а оже-рекомбинация является доминирующей. В случае малой инжекции мы пренебрегаем вкладом оже-рекомбинации в плотность потока тока.В этом случае рекомбинация носителей, связанная с дефектом СРГ, является более доминирующей. Однако это не вызывает падения КПД. В режиме высокой инжекции преобладает оже-рекомбинация, и уравнение для плотности потока тока принимает вид j = Np + Np2 + caNp3 = caNp3. В этом режиме Это уравнение применяется, когда caNp >> 1 или (jca2) 1/3 >> 1. Общее выражение для IQE можно интерполировать следующим образом: Ключевое различие между обычным светодиодом и ребристым светодиодом — это зависимость градиента тока j от уровня впрыска.Для обычных светодиодов длина области рекомбинации, d , в установившемся градиенте плотности тока, Дж, = I / ( qd ), почти не зависит от подаваемого тока, I . Для светодиодов с ребрами (рис. 6B) d увеличивается с I , и градиент тока j насыщается, что приводит к насыщению оже-рекомбинации. Для обычного светодиода мы получаем зависимости, показанные на рис. 6Б. На этом графике, когда константа оже-рекомбинации c _a увеличивается, IQE снижается (кривые сверху вниз).В случае ребристого светодиода мы предполагаем, что при высоких инжекциях пары электронных дырок расширяются, т.е. d увеличивается (рис. 6B). Причиной расширения области рекомбинации в плавник является гетеродинамический эффект узкого места, возникающий на гетерогранице n -ZnO fin / p -GaN. Поскольку ток в узком ребре должен быть равен току в области p -GaN, длина рекомбинации в ребре должна увеличиваться с ростом тока, чтобы обеспечить достаточное количество электронов для рекомбинации с дырками, собранными на гораздо большей площади. .Следовательно, градиент тока остается почти постоянным с ростом тока. Математика, описывающая это распределение тока, аналогична задаче расчета длины обедненной области для гетероразмерного (от трехмерного до двумерного) перехода p — n ( 48 ). Согласно этой модели, генерация возникает, когда область рекомбинации достигает вершины ребра и больше не расширяется с увеличением инжектируемого тока. Для режима высокой инжекции ребристого светодиода уравнения.2 и 3 предсказывают зависимости, практически без спада, показанные на рис. 6D. Мы утверждаем, что пути рекомбинации SRH и Оже смягчаются в архитектуре плавников ZnO. В режиме низкой инжекции, когда генерация происходит вблизи гетерограницы, безызлучательный SRH в ZnO незначителен (рис. 4D). Выходная мощность на рис. 5C также показывает, что в режиме высокой инжекции, когда генерация происходит в ребре из ZnO, выходная мощность растет линейно с инжектируемым током, указывая на то, что потери носителей из-за оже-рекомбинации минимальны.Представленный механизм подчеркивает важность двух указанных выше факторов в улучшении IQE при высоких плотностях тока, а именно формы ребер, способствующей насыщению градиента тока, и высокого качества кристалла ZnO. Кроме того, ребра из ZnO не содержат пронизывающих дислокаций, возникающих на нижней подложке GaN. Это связано с их механизмом роста, который управляет латеральным ростом в поверхностно-направленном процессе VLS по сравнению с эпитаксией, используемой для обычных планарных светодиодов.Светодиоды на основе тонких пленок ZnO-GaN показали эффект падения эффективности ( 49 ). Следовательно, ZnO, скорее всего, не является критическим соединением для создания светодиода без провисания. Ожидается, что ребро из ZnO из-за его ширины менее 200 нм будет иметь меньшее падение потенциала и резистивные потери по всей ширине (два фактора, влияющих на IQE). Гребнеобразная структура контакта p -GaN также эффективна для распределения тока и эффективной инжекции отверстий в ребра.

В целом, линейный рост выходной мощности по сравнению с подаваемым током при высоких плотностях тока показывает эффективность ребер при инжекции заряда.Кроме того, минимальное влияние температуры на связанные с дефектами потери носителей SRH в ребрах ZnO при низком токе инжекции подчеркивает низкую плотность дефектов ребер. В представленном гетеропереходе ребер отсутствует электронно-блокирующий слой. Тем не менее, в p -GaN при высоких плотностях тока нет обнаруживаемой утечки электронов и / или рекомбинации электронных дырок. Наши результаты убедительно указывают на отсутствие или незначительное присутствие критических факторов, которые снижают эффективность обычных светодиодов, а также субмикронных светодиодов, включая утечку электронов, рекомбинацию Оже, рекомбинацию, связанную с дефектами, и температурные эффекты.

Повышение яркости на 3% ключ к расширению границ светодиодов высокой яркости ｜ TANAKA Precious Metals

В связи с тем, что нехватка электроэнергии в последнее время становится проблемой, производители автомобилей, электроники и оборудования реализуют инициативы по энергосбережению, вводя летнее расписание, работая по выходным летом, устанавливая частные электрические генераторы и меняя лампочки своих собственных и дочерних компаний на светодиоды. Низковольтные светодиоды внезапно стали объектом пристального внимания.В настоящее время для светодиодов важным является повышение яркости, над которым производители работают днем ​​и ночью. На этой странице объясняется, какой эффект достигается при улучшении яркости.

Базовая структура светодиодного корпуса показана на схеме. В центре корпуса находится светодиодный чип, прикрепленный к подложке. На поверхности светодиодного кристалла формируется электрод, который затем соединяется с подложкой с помощью соединительного провода. Светодиод излучает свет, когда электричество проходит через соединительный провод.

В наши дни часто используется термин «светодиоды высокой яркости». Яркость связана с силой света, излучаемого при прохождении электричества к светодиодному кристаллу, поэтому эта яркость является важной характеристикой светодиода. Производители усиленно работают над исследованиями и разработками, чтобы добиться даже небольшого увеличения этой яркости.

Серебряный соединительный провод

В 2011 году компания TANAKA Precious Metals TANAKA Denshi Kogyo обнаружила и вывела на рынок материал, улучшающий яркость светодиодов.Материалом служила связующая проволока из сплава серебра. Этот провод имеет отличные отражающие свойства вблизи важных длин волн 450 нм, особенно для корпусов, в которых используются синие светодиодные чипы. Установка светодиодного чипа на корпус с использованием этого провода — более эффективный способ отвода света от корпуса, обеспечивающий на 3% лучшую яркость по сравнению с золотым проводом (внутреннее сравнение).

Серебряный провод имеет широкий спектр потенциальных применений в дополнение к использованию со светодиодами, и его можно использовать как замену золотому проводу.Поскольку цена на серебро также ниже, чем на золото, это может в значительной степени способствовать снижению затрат. TANAKA Precious Metals постоянно разрабатывает аналогичные высокоэффективные материалы с использованием драгоценных металлов и других материалов.

Светодиоды высокой яркости — энергоэффективные источники освещения и их потенциал при выращивании растений в помещении

Автор

Включено в список:

• Да, Найчия
• Чанг, Джен-Пинг

Abstract

Быстрое развитие оптоэлектронных технологий с середины 1980 года привело к значительному увеличению яркости и эффективности светодиодов.Светодиоды уже давно предложены в качестве основного источника света для космических исследовательских камер растений или биорегенеративных систем жизнеобеспечения. Повышение стоимости энергии также делает неизбежным использование светодиодов в товарных культурах. Благодаря своей энергоэффективности светодиоды открыли новые перспективы для оптимизации преобразования энергии и снабжения питательными веществами как на Земле, так и за ее пределами. Возможности светодиодов как эффективного источника света для внутреннего сельскохозяйственного производства были в значительной степени изучены. Есть много исследований, в которых светодиоды используются для поддержки роста растений в контролируемых средах, таких как комната для культивирования тканей растений и камера роста.В этой статье представлена ​​краткая история развития светодиодов и широкий базовый обзор применения светодиодов в выращивании комнатных растений с 1990 года.

Предлагаемое цитирование

Yeh, Naichia & Chung, Jen-Ping, 2009. « Светодиоды высокой яркости — энергоэффективные источники освещения и их потенциал при выращивании растений в помещении ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 13 (8), страницы 2175-2180, октябрь.

Обозначение: RePEc: eee: rensus: v: 13: y: 2009: i: 8: p: 2175-2180

Скачать полный текст от издателя

Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете поискать его другую версию.

Цитаты

Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.

Процитировано:

1. Wang, Tianyue & Wu, Gaoxiang & Chen, Jiewei & Cui, Peng & Chen, Zexi & Yan, Yangyang & Zhang, Yan & Li, Meicheng & Niu, Dongxiao & Lihen, Baoguo & Chen , Хунъи, 2017. « Интеграция солнечных технологий в современные теплицы в Китае: текущее состояние, проблемы и перспективы », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.70 (C), страницы 1178-1188.
2. Yeh, Pulin & Yeh, Naichia & Lee, Chin-Hai & Ding, Ting-Jou, 2017. « Применение светодиодов в оптических датчиках и химических датчиках для обнаружения биохимических веществ, тяжелых металлов и питательных веществ в окружающей среде », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 75 (C), страницы 461-468.
3. Сингх, Девеш и Басу, Чандраджит и Майнхардт-Воллвебер, Мерв и Рот, Бернхард, 2015 г. « Светодиоды для энергоэффективного освещения теплиц ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.49 (C), страницы 139-147.
4. Yeh, Naichia & Ding, Ting Jou & Yeh, Pulin, 2015. « Светодиоды ׳ световые качества и их соответствующие научные применения ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 51 (C), страницы 55-61.
5. Yeh, Naichia & Yeh, Pulin & Shih, Naichien & Byadgi, Omkar & Chih Cheng, Ta, 2014. « Применение светодиодов в исследованиях, проводимых в водной среде ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.32 (C), страницы 611-618.
6. Данило Локонсоле и Джакомо Кочетта, Пьеро Санторо и Антонио Ферранте, 2019 г. « Оптимизация светодиодного освещения и оценка качества салата ромэн, выращенного в инновационной системе выращивания в помещении », Устойчивое развитие, MDPI, Open Access Journal, vol. 11 (3), страницы 1-16, февраль.
7. Yeh, Naichia & Yeh, Pulin & Chang, Yuan-Hsiou, 2015. « Искусственные плавучие острова для улучшения окружающей среды ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.47 (C), страницы 616-622.
8. Pawade, V.B. И Сварт, Х. И Дхобл, С.Дж., 2015. « Обзор активированных редкоземельных элементов синих эмиссионных люминофоров, полученных синтезом горением ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 52 (C), страницы 596-612.
9. Md Obyedul Kalam Azad и Katrine Heinsvig Kjaer & Md Adnan & Most Tahera Naznin & Jung Dae Lim & In Je Sung & Cheol Ho Park & ​​Young Seok Lim, 2020. « Оценка эффективности роста, фотосинтетической способности, а также содержания первичных и вторичных метаболитов в листовом салате, выращенном при ограниченном облучении синим и красным светодиодным светом на городском растении », Сельское хозяйство, MDPI, Open Access Journal, vol.10 (2), страницы 1-16, январь.
10. Yeh, Naichia & Yeh, Pulin, 2013. « Органические солнечные элементы: их развитие и потенциал ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 21 (C), страницы 421-431.
11. Йе, Наичиа Гэри и Ву, Чиа-Хао и Ченг, Та Чжи, 2010 г. « Светодиоды — их потенциал в биомедицинских приложениях ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 14 (8), страницы 2161-2166, октябрь.
12. Кьяра Бураттини, Бенедетта Маттони и Фабио Бисенья, 2017.« Влияние спектрального состава белых светодиодов на рост и развитие шпината (Spinacia oleracea) », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 10 (9), страницы 1-14, сентябрь.

Исправления

Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите идентификатор этого элемента: RePEc: eee: rensus: v: 13: y: 2009: i: 8: p: 2175-2180 .См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь:. Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/600126/description#description .

Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь. Это позволяет привязать ваш профиль к этому элементу.Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которых мы не уверены.

У нас нет библиографических ссылок на этот товар. Вы можете помочь добавить их, используя эту форму .

Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого элемента ссылки. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: Кэтрин Лю (адрес электронной почты указан ниже). Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/600126/description#description .

Обратите внимание, что исправления могут занять пару недель, чтобы отфильтровать различные сервисы RePEc.

Новые одноранговые чип-светодиоды высокой яркости от ROHM для промышленного оборудования

Новые чип-светодиоды ROHM размером 1608 позволяют использовать их в самых разных областях — от промышленного оборудования до автомобильных систем.(ROHM / LEDinside)

Компания ROHM недавно объявила о выпуске высокоточных одноранговых светодиодов высокой яркости размером 1608, оптимизированных для широкого спектра применений, от промышленного оборудования и бытовых устройств до автомобильных систем.

Потребность в уменьшении колебаний яркости возрастает, поскольку все большее количество приложений и устройств, особенно в автомобильном и промышленном секторах, требует улучшенной согласованности при установке нескольких светодиодов рядом.Однако до сих пор было трудно минимизировать отклонения яркости во время производственного процесса. Обычно пользователи могли только сузить количество рангов с 4 до 2–3, что по-прежнему требовало сортировки и использования различных резисторов для соответствия каждому рангу, увеличивая количество требуемых человеко-часов наряду с управлением запасами.

В ответ на это была разработана серия SML-D15 с использованием комплексной, высокоинтегрированной производственной системы (от изготовления устройства), что позволило ROHM превзойти ограничения обычного производства светодиодов.В результате достигается высокая точность яркости и снижение вариаций яркости на 75%. Это позволяет обеспечить единый уровень яркости (что является редкостью в отрасли), значительно облегчая расчетную нагрузку.

Кроме того, оптимизировав светодиодный элемент, компания ROHM смогла повысить яркость до 3 раз по сравнению с обычными продуктами, обеспечивая лучшую в своем классе яркость при размере 1608 (1,6 мм x 0,8 мм). Светодиоды также сертифицированы по стандарту AEC-Q101, что делает их пригодными для приложений, требующих повышенной надежности, таких как автомобильные системы.

Сравнение новых и обычных светодиодов ROHM. (ROHM / LED внутри)

Основные характеристики

1. Возможность одного ранга устраняет вариации яркости
Обычно клиенты, заказывающие определенный уровень яркости, получают 4 разных уровня яркости из-за ограничений в технологии производства.Напротив, использование ведущего в отрасли комплексного интегрированного производственного процесса позволило ROHM достичь прорывной точности, которая снизила отклонения яркости на 75%, что позволило выпускать одноранговые продукты, обеспечивающие непревзойденную согласованность в конечных приложениях при значительном снижении проектной нагрузки.

2. Лучшая в своем классе яркость для размера 1608
Полная переработка и оптимизация светодиодного элемента позволили увеличить яркость до 3 раз по сравнению с обычными светодиодами, обеспечивая лучшую в отрасли яркость для размера 1608 (1.6×0,8 мм).

Модельный ряд

Отказ от гарантий
1. Веб-сайт не гарантирует следующее:
1.1 Услуги веб-сайта соответствуют вашим требованиям;
1.2 Точность, полнота или своевременность обслуживания;
1.3 Правильность, достоверность выводов, сделанных при использовании сервиса;
1.4 Точность, полнота, своевременность или безопасность любой информации, которую вы загружаете с веб-сайта
2. Услуги, предоставляемые сайтом, предназначены только для ознакомления. Веб-сайт не несет ответственности за инвестиционные решения, убытки или другие убытки, возникшие в результате использования веб-сайта или информации, содержащейся на нем.

Права собственности
Вы не можете воспроизводить, изменять, создавать производные работы, отображать, выполнять, публиковать, распространять, распространять, транслировать или передавать третьим лицам любые материалы, содержащиеся в службах, без явного предварительного письменного согласия веб-сайта или его законного владельца.

.