Как сделать подсветку если есть светодиоды

Добавлено: 18.08.2017, 12:25 / Просмотров: 43381

История этой статьи довольно любопытна. Она размещена на сайте с сентября 2009 года. Мы позаимствовали ее  на  сайте компании "Светолюкс", где в качестве источника указаны какие-то левые литовские и латвийские журналы. Впоследствии статья встречалась на многочисленных сайтах светодиодной тематики, зачастую без указания автора и первоисточника.  В январе мы обнаружили, что первая часть статьи в более полном варианте расположена на сайте ledel.ru. Авторство принадлежит Алексею Рябову.

что такое светодиод

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели - все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions — часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен — не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?

Светодиод - это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.светодиод Люксеон Конструкция мощного светодиода серии Luxeon, выпускаемой компа­нией Lumileds, схематически изображена на рисунке.

3. Как работает светодиод?
Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего ну­жен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтакт-ные слои полупроводникового кристалла легируют раз­ными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.
Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной обла­сти светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излу­чения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кри­сталл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.
Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-пе-рехода в кристалле оказывается недостаточно, и прихо­дится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изуче­ние которых российский физик академик Жорес Алфе­ров получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?
Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше элект­ронов и дырок поступают в зону рекомбинации в едини­цу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечно­сти. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

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. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод - низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним — ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галоген­ной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближай­шие 2 — 3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключитель­но для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение све­тового потока к потребляемой энергии.
В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на осно­ве фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зе­леной, желтой и красной областях спектра. Их применя­ли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различ­ных системах визуализации информации. По светоотда­че светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало све-тодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.
К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство со­ставляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?
Исключительно от ширины запрещенной зоны, в кото­рой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от мате­риала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?
Голубые светодиоды можно сделать на основе полу­проводников с большой шириной запрещенной зо­ны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)
У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал кпд и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегре­вались из-за большого сопротивления и служили недол­го. Оставалась надежда на нитриды.
Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом рав­новесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; яс­но, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения — нитрилы алюминия и индия — тоже полу­проводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от со­става, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но... проб­лему не удавалось решить до конца 80-х годов.
Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пле­нок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось по­лучить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире — дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош...» — и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ об­наружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и да­же запатентовала устройство оптической памяти. Но то­гда загадочное явление объяснить не удалось.
Это сделали японцы — профессор И. Акасаки и док­тор X. Амано из университета Нагоя. Обработав плен­ку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирую-щий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Од­нако разработчики светодиодов не обратили должного есть внимания на их публикации.
Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами про­фессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное скани­рование, что смог получить эффективно инжектирую­щие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.
Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы техно­логии и к концу 1997 года выпускала уже 10 — 20 млн го­лубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 го­да приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?
Квантовый выход — это число излученных квантов све­та на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый вы­ход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по до-роге» — поглощаться, рассеиваться). Внутренний кван­товый выход для хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего кван­тового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%.
Внешний квантовый выход — одна из основных ха­рактеристик эффективности светодиода.

Красный+зеленый+голубой СД

Голубой СД+ желтый люминофор

Голубой СД+зеленый и красный люминофор

УФСД+ RGB-люминофор

 470   525   590  630 (nm)
         470    525   590  630 (nm)
   410     470    525  590 630 (nm)
   410     470  525  590  630 (nm)

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый - смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?


У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только полу­чить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диа­грамме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или по­средством программы, можно также получать различ­ные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матри­це обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномер­ного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответствен­но, по-разному изменяется их цвет в процессе старе­ния — суммарные цветовая температура и цвет «плы­вут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.
Белые светодиоды с люминофорами существенно деше­вле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на еди­ницу светового потока), и позволяют получить хороший бе­лый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофо-ра в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже ста­реет, причем быстрее, чем сам светодиод.
Промышленность выпускает как светодиоды с люми­нофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?


Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.
Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?


Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспонен­циально зависит от напряжения и незначительные изме­нения напряжения приводят к большим изменениям тока.Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэ­тому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?


Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стаби­лизирует ток, протекающий через светодиод.

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания - этого-то как раз делать нельзя, - а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20 - 50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?
Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее вре­мя нет стандартов, которые позволили бы выразить ко­личественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматиче­скому, в чем его кардинальное отличие от спектра солн­ца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо — доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не прово­дилось. Какие-либо данные о вредном воздействии све­тодиодов на человеческий глаз отсутствуют.
Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинте­ресовался академик Михаил Аркадьевич Остров­ский — крупный специалист в области цветного зре­ния. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного ос­вещения системой зрения человека»
21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?
Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.
— Люминесценцию карбида кремния впервые на­блюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая науч­ная статья о кристаллах нитрида галлия была опубли­кована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсе-нида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно соз­дать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских По­литехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не при­вели к созданию эффективных голубых светодиодов.
В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти день­ги я смог поехать на конференцию в США, и там профес­сор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я за­бросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям вобласти голубых светодиодов и рассказать им о столь за­мечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом ока­залось просто — фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследо­вали, сняли все характеристики и получили новые науч­ные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.
Одновременно специалисты из группы Бориса Фера-понтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и по­лучили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофо­ра, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Све­тофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и москов­ское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!
Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова — выпускница Московской консер­ватории, ученица моей жены, которая работала в Япо­нии первым концертмейстером симфонического оркест­ра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и при­слать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них бы­ли изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массо­вым применением светодиодных светофоров.
Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пыта­лись повторить достижение японцев и изготовитьструк­туры на основе нитридов для голубых и зеленых свето­диодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высо­ких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?


Что касается выращивания кристаллов, то основная тех­нология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращивае­мых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцеп­торами, чтобы создать p-n-переход с большой концентра­цией электронов в n-области и дырок — в р-области.
За один процесс, который длится несколько часов, мож­но вырастить структуры на 6 — 12 подложках диаметром50 — 75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стои­мость установок для эпитаксиального роста полупроводни­ковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5 - 2 млн долла­ров. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необ­ходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры.
Важным этапом технологии является планарная об­работка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для кон­тактных выводов. Пленку, выращенную на одной под­ложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов раз­мерами от 0,24x0,24 до 1x1 мм2.
Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в кор­пусе, сделать контактные выводы, изготовить оптиче­ские покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый свето-диод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нуж­ный телесный угол. Около половины стоимости светоди-ода определяется этими этапами высокой технологии.
Необходимость повышения мощности для увеличе­ния светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной тех­нологии и несколько более совершенной SMD-техноло-гии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по техноло­гии СОВ, схематически изображен на рисунке.
Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-техноло-гии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиа­тора — в этом случае она делается из металла. Так созда­ются светодиодные модули, которые могут иметь линей­ную, прямоугольную или круглую форму, бытьжесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных гало­генных, призванные им на замену. А для мощных све­тильников и прожекторов изготавливаются светодиод­ные сборки на круглом массивном радиаторе.
Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая систе­ма, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.
 

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?


Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количест­ве, понадобилось слияние двух отраслей — электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие све­тодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с про­изводства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с произ­водителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, до­черней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, произ­водители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.
Впрочем, существуют компании, специализирующи­еся только на производстве чипов. Это предприятия ра­диоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Chemical.
Итак, перечислим основных производителей.
Чипы и отдельные светодиоды производят компании Сгее (www.cree.com), LumiLeds Lighting (www.lumileds.com), Nichia Corporation (www.nichia.com), Opto Technology (www.optotech.com), Osram Opto Semiconductors (www.osram-os.com), GEL Core (www.gelcore.com). Массо­вое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.
В России светодиоды производят компании «Корвет Лайт» (www.corvette-lights.ru), «Светлана Оптоэлектро-ника» (www.svetlana-o.spb.ru), «Оптэл», «Оптоника» (www.optonica.ru). По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответ­ствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы — напри­мер, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петер­бургском физтехе, — но для промышленного производ­ства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?
Светодиоды и светодиодные модули на основе чипов собственного или чужого производства выпускают ком­пании Lumileds Lighting, Osram Opto Semiconductors, GEL Core, Vossloh-Schwabe (www.vossloh-schwabe.com, www.vs-optoelectronic.com), Color Kinetics (www.colorkinetics.com), Tridonic Atco (www.tridonic.com) и др. В этой статье приводятся мо­дельные ряды светодиодных модулей компаний Osram Opto Semiconductors, Vossloh-Schwabe и LumiLeds Lighting, представленные на российском рынке.

Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов - полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку - относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе - мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.
 
Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, - оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными -газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

Преимущества

Экономично...

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения - максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование    светодиодных    модулей   позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно...

Светодиодный модуль - многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены.  Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно...

Есть надежность совершенно особого рода - та, от которой порою зависят человеческие жизни.  Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы  используются   в  воздушных  и   надводных  навигационных  системах.

Другим   аспектом,   благодаря   которому  светодиодам   некоторыми заказчиками    отдается    предпочтение,    являются    их    прочность    и антивандальные качества.   В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика.  За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, - 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У  газоразрядных трубок,  в  отличие  от светодиодов,  есть  порог срабатывания: чтобы  источник  света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или  снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво...

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно...

Светодиоднве модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.
 

Недостатки

Поверхностный взгляд на использование светодиодов сразу отмечает их высокую стоимость - главный недостаток по сравнению с лампами накаливания и неоновыми трубками различных типов. Если говорить о цене изделия как таковой, то LED-изделия действительно «не каждому по карману». До сих пор затраты на светодиодные модули - два раза выше стоимости неонового изделия аналогичной яркости. Однако производители по всему миру продолжают наращивать мощности по изготовлению светодиодов, и цены на данные источники света неуклонно понижаются. По оценкам специалистов, к 2007 году цены на светодиоды (LEDs) понизятся в 10 раз по отношению к существующим. Практика показывает, что совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию светодиодных изделий, в конечном итоге оказываются в 2 - 2,5 раза ниже затрат на обычные светильники.

Также недостатком при использовании светодиодов в конструировании объемных букв средних и крупных размеров можно считать их миниатюрность, из-за которой требуется объединять многочисленные отдельные светодиоды в группы. Чтобы обеспечить яркий и красочный свет, мгновенно привлекающий внимание, требуется большое количество светодиодов. В данном случае возникает необходимость использования универсальных модулей: один или два светодиода, которые можно интегрировать практически в любой рекламный образ.

Где применяют светодиоды?

  • все виды световой рекламы (вывески, щиты, световые короба и др.)
  • замена неона
  • дизайн помещений
  • дизайн мебели
  • архитектурная и ландшафтная подсветка
  • одноцветные дисплеи с бегущей строкой
  • магистральные информационные табло
  • полноцветные дисплеи для больших видео экранов
  • внутреннее и внешнее освещение в автомобилях, грузовиках и автобусах
  • дорожные знаки и светофоры

Другие сферы применения включают подсветку жидкокристаллических дисплеев в сотовых телефонах,  цифровые камеры, а также архитектурное и другие виды освещения. Сектор электронного оборудования включает применение светодиодов в качестве индикаторных ламп в промышленных и потребительских товарах.

Будущее за светодиодами?

Специалисты подчеркивают, что в ближайшие несколько лет цены на светодиоды упадут до уровня, при котором готовые изделия из них будут стоить дешевле неоновых.  В этом случае необходимости в квалификации по работе с неоном, электропроводке высоковольтных проводов для подключения газоразрядных трубок и мерах для предотвращения ошибок, ведущих к перегоранию источников света, нет.

Еще более перспективны светодиодные модули - исключительный по гибкости "конструктор" для дизайнера и изготовителя рекламы, включающий разнообразные простейшие геометрические формы - линии, кольца, звезды, прямоугольники... Подобно разноцветным пластиковым модулям LEGO светодиодные модули легко объединяются друг с другом и не менее легко присоединяются к любой поверхности. Если светодиоды открывают новую эру в освещении вообще, светодиодные модули - бесспорно, новая эра светодизайна. Осветительный прибор как автономное устройство перестает быть главным компонентом архитектурного и интерьерного освещения; светодиодные модули делают шаг "вглубь", встраивая, интегрируя свет в различные объекты, можно получить совершенно новую степень свободы в формировании световой среды, выходя на фантастический уровень детальности, согласованности, управляемости.

Пожалуй, самое интересное - это процесс вторжения светодиодных технологий в "традиционное" освещение. Начался он с установок, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, "маркировочное" освещение. Насыщенный цвет светодиодных модулей позволяет использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания цветовых акцентов. Сочетание светопрозрачных конструкций (окна, стеновые панели, стеклянная мебель) с гибкими линейными светодиодными модулями позволяет создавать светящиеся и меняющие цвет формы. Применение сверхминиатюрных источников света позволяет создать "альтернативные" яркие световые образы для привычных предметов интерьера. С ростом световой отдачи и удешевлением приборов, светодиодная "экспансия" распространяется не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные и галогенные лампы накаливания (жилые помещения) и люминесцентные лампы (офисные помещения).

Наиболее остры вопросы обслуживания в наружном освещении, поэтому внедрение светодиодов в архитектурное освещение происходит очень быстро. Заманчивой идеей для архитекторов является применение светодиодных "линий" для создания световых карнизов. Характеристики светодиодных модулей по эксплуатационным параметрам многократно превышают существующие альтернативы, а по стоимости оказываются вполне сравнимыми с ними. Нужно только не забывать, что холодный свет светодиодов не в состоянии растопить скапливающийся на карнизах снег, поэтому использовать их (в наших краях) в архитектурной подсветке нужно в положении "светим вниз". Тот же аргумент справедлив для ландшафтного освещения, поэтому встраиваемые в дорожку или газон светодиодные "аплайты" зимой видны не будут. Однако здесь есть и плюсы: светодиоды, как и оптоволоконо, можно использовать для подсветки ледяных скульптур, замерзших прудиков из-под льда и т. д.).

Насыщенные цвета светодиодов создают фантастические эффекты при подсветке воды. Светодиодное освещение фонтанов создает ни с чем не сравнимые "флюоресцирующие" световые картины, одну из которых мы можем наблюдать в Москве (площадь Европы перед Киевским вокзалом).


Перевод статьи опубликованной в журналах: lespiedGrafika, Латвия и Reklamos ir Marketingo Idejos, Литва

Материал взят с сайта компании «Светолюкс»

Назад в раздел статей о светодиодах и свете

В каталог светодиодных изделий

На главную страницу сайта Led22.ru

Форум о светодиодах и свете "Светлый угол"


Источник: http://led22.ru/ledstat/aboutled/led.html


Закрыть ... [X]

Тонкие световые панели. Изготовление тонких и Как сделать пар для машины


Как сделать подсветку если есть светодиоды Все что вы хотели знать про светодиоды Лучший
Как сделать подсветку если есть светодиоды Сделать подсветку для рассады своими руками
Как сделать подсветку если есть светодиоды Как сделать ярче задний ход на Ваз
Как сделать подсветку если есть светодиоды Купить RGB-подсветку от. - ELF LIGHT
Как сделать подсветку если есть светодиоды Светодиоды - с чем их едят
M Обыкновенные Парни блог Тимура Смирнова Багажник на крышу своими руками: фото, видео Интернет-магазин сантехники в Москве и Московской Как записать видео с экрана со звуком, лучшие Как сделать бетонную плиту своими руками? Советы от Леруа Как сделать небесный фонарик - простая инструкция