Хотите вечных светодиодов? Расчехляйте паяльники и напильники. Или домашнее освещение самодельщика
Когда-то давным давно, когда я еще учился в школе, а на дворе был конец перестройки, мой дядя (заронивший в меня интерес к электронике) припер домой сумку вынесенного через проходную завода добра. Собственно, такие сумки он приносил домой вполне регулярно, пополняя запасы, хранившиеся в диване. Диван этот, как вы догадываетесь, манил, и иногда в отсутствии дяди я в него заглядывал с восторгом.
Но кое-что из этой сумки в диван не попало, а попало в мои руки. Дядя мне вручил пачку — штук десять — макетных плат, и новенькую нераспечатанную коробку дефицитных, да и не дешевых в то время светодиодов. Причем светодиоды были не простые: вместо привычной маркировки АЛ-что-то там на коробке стоял код из четырех цифр, как я понял — они были экспериментальные. И они были яркие. По сравнению с привычными АЛ307 или АЛ310 — просто ослепительные.
И их к тому же было много — штук 50.
Идея «куда это богатство применить» возникла моментально: светодиоды были распаяны на одной из макетниц — сколько влезло (влезли не все), и из них вышел великолепный красный фонарь для печати фотографий, который абсолютно не засвечивал фотобумагу даже в упор. Правда, тут же я узнал о том, что «светодиоды не греются» — это вранье, так что ток пришлось снизить вдвое, с 10 мА на светодиод до 5. А еще через полгода успешной эксплуатации узнал и о том, что «светодиоды не перегорают» — это тоже неправда: первый светодиод в сборке погас, оказался пробит. А со временем и весь фонарь пришел в негодность. И вот сейчас я снова слышу из каждого утюга про «вечные» светодиодные лампочки, а дома за неполный год перехода на светодиодные лампы перегорела уже третья по счету.
Почему светодиодные лампочки не вечны?
Да потому что ничего нет вечного. Светодиод, к тому же — штука тонкая. Буквально. В его структуре имеются слои толщиной в считанные нанометры, образующие квантовые ямы.
Диффузия и электромиграция к таким слоям безжалостны — они размывают их, создают дефекты, постепенно снижая световыход и увеличивая вероятность катастрофы в масштабах крохотного кристалла, в котором, к слову, выделяется световая и тепловая энергия, удельное значение которой в расчете на кубический сантиметр p-n перехода можно сравнить разве что с ядерным взрывом (немного утрировано, но сами прикиньте плотность энерговыделения). Чем светодиод горячее, тем все эти негативные процессы будут идти быстрее. А он, как мы уже в курсе, греется. Греется даже тогда, когда через него идет ток в 10 миллиампер. А тем более — когда это мощный прибор, ток через который как минимум 100 мА, а бывает — и ампер, и даже три ампера. И в тепло, не смотря на всю энергетическую эффективность светодиодов, переходит значительная доля от подведенной к светодиоду электроэнергии. От двух третей до трех четвертей. А куда охлаждаться светодиодам в светодиодной лампочке? А некуда, по большому счету. Светодиод сам по себе спроектирован, чтобы его можно было охлаждать. Кристалл припаян к массивному основанию из меди или высокотеплопроводной керамики, у этого основания есть специальная площадка для пайки к внешнему теплоотводу, в роли которой — плата с алюминиевой или медной подложкой. А подложка эта, по идее, должна быть через термопасту прикручена к хорошему радиатору с большой площадью. А прикручена она в лучшем случае к металлическому корпусу светодиодной лампы, площадь которого совершенно недостаточна для рассеивания более чем нескольких ватт тепла, да еще и в закрытом плафоне. В худшем — корпус вообще пластмассовый, и в этот корпус еще попадает тепло от драйвера и от не вышедшего наружу и потерявшегося в недрах лампочки света. Вот и жарятся светодиоды при температуре, превышающей 100, а то и 130°С. И, кстати, не только светодиоды, но и драйвер, который тоже нередко выходит из строя.
Что делать-то?
Одно из трех. Либо мы, оставив на месте старую люстру, ставим в нее лампочки меньшей мощности. Они меньше будут греться и у них больше шансов прожить долго.
Разумеется, в комнате станет темно: мы вернемся во времена, когда в люстре из экономии и пожаробезопасности стояли лампочки по 25 ватт, от которых ушли, поставив на их место пятнадцативаттные энергосберегайки, сделавшие из темной берлоги светлое помещение, в котором приятно находиться. Либо мы покупаем новую люстру, в которую можно вкрутить больше лампочек.
Так мы останемся со светлой комнатой и получим (возможно) более долгую жизнь лампочек. Только на люстру, как и на лампочки, придется потратиться. И, наконец, третий вариант: мы забываем само понятие «светодиодная лампа», как страшный сон и ставим на место люстры специально спроектированный светодиодный светильник.
Продуманный и в плане хорошего использования светового потока (у светодиодных ламп типа «висит груша — нельзя скушать» с этим в приборах, рассчитанных на лампы накаливания, не всегда хорошо — они плоховато светят вбок и назад), и в плане качественного охлаждения.
Рынок
На рынке есть такие светильники. Но по большей части они во-первых, дорогие, а во вторых — страшные. Этакие промышленные штуковины, которые уместны в гараже, цеху, в торговом зале гипермаркета, в офисе, наконец — но не в квартире. Нет, есть и красивые, и дизайнерские очень эффектно выглядящие светильники. Но — во-первых, опять же, цена, а во-вторых, в жертву дизайну принесено охлаждение.
Так, классическая китайская светодиодная люстра-блин — это пятьдесят ватт светодиодов, сидящих на алюминиевой плате в виде кольца диаметром 45 см и шириной сантиметров 8. И — все. Никакого тебе корпуса с оребрением, ничего. И опять-таки, плата в почти наглухо закрытом корпусе. Ну хоть драйвер чуть наружу вынесен. Вердикт: жить будет, как светодиодная лампочка.
Только когда сдохнет, менять придется не лампочку за 150 рублей, а люстру за пять-десять тысяч. В общем, выход, кажется, один: умелые руки.
Самодельный светильник: проектирование
Сразу скажу: светильник будет не на светодиодной ленте и без блютуса. Для начала, оценим, сколько нам нужно света. Тут дело вкуса, но я люблю, когда в жилище светло. Всякий интимный полумрак я люблю в особых случаях, в романтичной обстановке, но в обычной жизни он навевает тоску. Считать можно по-всякому, но я воспользуюсь тем фактом, что с люстрой с пятью энергосберегайками по 15 ватт, дававшими каждая по 950 лм, в комнате было хорошо. То есть 5 килолюмен нам будет достаточно.
Теперь идем на сайт Cree, находим там Datasheet на модули CXA2530. Почему именно на них? Да потому что у меня есть несколько штук таких модулей, и с ними удобно работать: к ним просто припаиваются провода, а сами модули сажаются прямо на радиатор с помощью прилагающегося фланца. А еще их несложно купить — известный китайский интернет-магазин в помощь. У имеющихся у меня модулей бин светового потока Т4, это соответствует номинальному световому потоку 3440-3680 лм.
Сразу 20% от этой цифры отнимаем — они потеряются на рассеивателе. Получаем световой поток 2750-2950 лм, а учитывая, что получается этот поток при мощности около 30 Вт, получаем потребную для освещения мощность (подведенную к светодиодам) около 50 Вт. Поскольку комната у нас длинная, мы уберем люстру из центра и сделаем два одинаковых светильника по 25 ватт.
Приняв КПД светодиодов за 25% (достаточно консервативная оценка — скорее всего, лучше, но уж точно не хуже), выясняем, что в каждом светильнике выделяется 18,75 Вт тепла. И наша задача — выбрать под это тепловыделение радиатор. Вот как мы это сделаем.
Будем исходить из максимальной температуры кристалла = 85°C и температуры окружающей среды = 35°C. То есть = 50°C.
Перепад температуры пропорционален рассеиваемой мощности, а коэффициент пропорциональности называется тепловым сопротивлением: , и измеряется оно в кельвинах (или градусах цельсия) на ватт. В нашем случае тепловое сопротивление кристалл-окружающая среда должно быть равно 2 °С/Вт.
Из чего же состоит тепловое сопротивление? Первый его компонент — это тепловое сопротивление, присущее самому корпусу светодиода. Фирма Cree не дает эту величину в даташите напрямую, предлагая воспользоваться странным графиком, но в ранних публикациях в журналах о выпуске новых светодиодных матриц указывалось значение 0,8 °С/Вт.
Второй компонент общей величины теплового сопротивления — это сопротивление, создаваемое слоем термопасты между корпусом и радиатором. В качестве термопасты мы возьмем старый-добрый Алсил-3, с теплопроводностью = 1,7-2 Вт/м*К. При слое пасты толщиной 50 мкм и площади теплорассеивающей поверхности 2,8 (площадь круга диаметром 19 мм под излучающей поверхностью матрицы) получаем = 0,105 °С/Вт.
Итак, на радиатор у нас остается 1,1 °С/Вт. Исходя из этой цифры, выбираем радиатор, накинув процентов 30 «на вранье», на растекание тепла от маленькой матрицы и на то, что радиатор будет неоптимально ориентирован в пространстве.
Например, нам подойдет профиль АВМ-076 размером сечения 176х40 мм с тепловым сопротивлением куска длиной 100 мм 0,5 °С/Вт. Нам хватит куска этого профиля длиной 80-100 мм. 100 мм — это стандартные куски, имеющиеся в продаже, 80 нужно заказывать у производителя (Виртуальная механика, virtumech.
ru), такой вариант выглядит несколько более эстетичным за счет меньшей ширины.
Осталось выбрать драйвер. Критерии для его выбора — это ток и рабочие пределы выходного напряжения. Мощность 25 Вт получается при токе около 0,7 А, напряжение на матрице при этом составит около 35-36 В.
Конструкция
Перебрав несколько вариантов конструкции светильника, я остановился на рассеивателе из матового полупрозрачного пластика, имеющем вид полуцилиндра. Форма эта получается простейшим способом — за счет крепления изогнутой пластины к боковым сторонам радиатора. Способ крепления достаточно произволен — на винтах с прижимными пластинами, на клею — я воспользовался красным двусторонним скотчем «Момент».
В качестве рассеивателя я применил рассеивающую пленку из подсветки разбитого ЖК монитора — она имеет очень хорошее светопропускание. Можно также заматировать абразивом пленку для печати на лазерном принтере или любую другую плотную пластиковую пленку. Матрица с предварительно припаянными проводами устанавливается с помощью комплектного фланца в центре радиатора с помощью двух винтов М3 (гайки использовать неудобно, так что придется поработать метчиком).
Перед приклеиванием рассеивателя свободную от матрицы плоскую поверхность радиатора рекомендуется оклеить алюминиевым скотчем или окрасить белой краской — это снизит потери света. По поводу термопасты — хотелось бы заметить, что использование темной термопасты не рекомендуется: она процентов на 10 снизит световой поток.
Я это хорошо заметил на двух экземплярах, один из которых я сделал с Алсилом-3, а на второй алсила не хватило и я воспользовался пастой из комплекта кулера фирмы Scythe, имевшей темно-серый цвет. Разница при измерении люксметром очевидна. Также нет смысла использовать более дорогие, чем алсил, термопасты с большей теплопроводностью: и на алсиле падает в худшем случае пара-тройка градусов, погоды они не сделают.
После сборки первого светильника (в котором я использовал радиатор от процессора Pentium II и который поселился в кухне, у него чуть меньшая мощность в районе 15 Вт), я принял решение ставить в светильники для комнаты не одну матрицу, а две — это «размазало» пятно света на рассеивателе и сделало свет более комфортным. Более разумно было бы в таком случае ставить менее мощные модули, скажем, CXA1820.
Модули соединил параллельно, нежелательных последствий в виде неравномерного распределения тока между ними это не вызвало — обе матрицы светятся на глаз одинаково. Но длину подводящих проводов я на всякий случай выровнял. Крепление к потолку у меня — с помощью коромысла из жесткой стальной проволоки диаметром 2 мм, концы которого продеты в отверстия в крайних ребрах радиатора и загнуты.
За центр коромысла зацеплен крючок, прикрепленный к потолку — такой длины, чтобы между натяжным потолком и радиатором оказалось расстояние в пару сантиметров. Драйвер спрятан за натяжным потолком. Если бы светильники делались до потолка, можно было бы в него запрятать и радиаторы. Поверхность радиатора можно покрасить в черный цвет перманентным маркером или тонким слоем из баллончика (толстым не надо — теплоизоляция). А можно и не красить, глаза он особо не мозолит.
Результаты
Светло. Под лампами на высоте столешницы — 450 лк, в середине комнаты 380 лк. Свет комфортный, цветопередача — вполне (правда, на кухне оказалось, что сырое мясо под этим светом выглядит, как-будто его слегка подкрасили черничным соком).
Радиаторы после многочасовой работы теплые, но не горячие. Мерцание равно нулю (заслуга качественных драйверов).
И по ценам: матрицы обошлись в 550 рублей каждая (курс с тех пор, конечно, поменялся), радиаторы — по 600 рублей, драйвера — по 250 рублей, пленка досталась бесплатно.
Итого — 2200+1200+500 = 3900 рублей. Плюс два-три часа работы.
Источник: https://habr.com/ru/post/437420/
Светодиодное освещение – технология сегодняшнего дня
На сегодняшний день от 15% до 20% электроэнергии, используемой в домах, приходится на освещение. Если подсчитать расходы на нее за год, вызывает удивление тот факт, почему так мало людей перешли на использование экономных ламп.
Некоторые, возможно, ошибочно полагают, что у освещения с низким энергопотреблением отсутствуют все те преимущества, которые делают традиционные лампы такими популярными.
Тем не менее, в то время как использование старых и неэффективных ламп будет постепенно сокращаться, в центре внимания заслуженно окажутся лампы с высокой яркостью на основе светодиодов (LED).
Как и большинство качественных электротоваров, светодиоды будут работать без сбоев как при длительном использовании, так и при регулярном включении и выключении. Производители светодиодных ламп достигли такого уровня надежности благодаря эффективной системе управления терморегулированием, разработанной для предотвращения перегрева светодиодов.
Качественные светодиодные лампы могут работать до 40 тыс. часов, что, по крайней мере, в два раза (а то и более) превышает срок жизни обычной компактной флуоресцентной лампы, а часто – даже в три или четыре раза. Для светодиодных ламп, обычно используемых в темное время суток в течение нескольких часов, это означает, что, будучи вкрученной в тот день, когда в семье родился ребенок, она прослужит до того момента, пока он не покинет родительский дом и не создаст собственную семью.
Как устроен этот мир
Если разобрать светодиодную ламу, можно найти множество крошечных чипов, которые загораются, когда через них проходит электричество.
Схема светодиодной лампы
Этот массив элементов и является ответом, почему светодиодное освещение такое привлекательное. Некоторые светодиоды лампы излучают белый свет таким же образом, как и люминесцентные лампы: компоненты производят синий свет, но фосфорное покрытие на поверхности светодиода преобразует его в видимый белый свет. Способность светодиодных ламп легко воспроизводить различные оттенки света является ключевым, но не единственным их преимуществом по сравнению с компактными люминесцентными лампами.
| Компактная люминесцентная лампа (CFL) | Verbatim LED | |
| Мощность | 8 Вт | 7,7 Вт |
| Сила светового потока | 400 лм | 500 лм |
| Светоотдача | 50 лм/Вт | 65 лм/Вт |
| Энергоэффективность | 80% | 82% |
| Регулирование яркости (диммирование) | Избирательно | Да |
| Вредные или опасные материалы | Да, ртуть | Нет |
| Срок эксплуатации | 6 тыс. — 15 тыс. часов | Ок. 40 тыс. часов |
| Работа на полную мощность | Отложенная | Мгновенная |
| Стоимость электроэнергии за год* | 5 евро | 4,7 евро |
| *Стоимость используемой электроэнергии рассчитана, исходя из ежедневного освещения 10 часов в день 365 дней в году при среднем тарифе на электроэнергию в Европе 0,17 евро за кВт*ч |
Таблица 1: Сравнение ламп
С люминесцентными лампами потребителю всегда надо идти на компромисс. Например, прежде чем CFL достигнет полной яркости, пройдет несколько минут. Кроме того, уже при полной яркости свет флуоресцентных ламп кажется не таким привлекательным, как обычное освещение, к которому мы привыкли. Также вызывает беспокойство тот факт, как быстро CFL будут «выгорать» и как их ультрафиолетовое излучение может негативно повлиять на произведения искусства, ткани и отделку мебели с течением времени.
Компактные люминесцентные лампы технологически идентичны люминесцентным лампам, используемым в складских помещениях и в офисах – в среде, где главным критерием освещения становится функциональность и эффективность, а не эстетические соображения. В конце концов, не всякий решится установить у себя в гостиной люминесцентные лампы промышленного назначения. По сравнению с ними светодиодные лампы излучают привлекательные тона белого света.
Еще один недостаток компактных люминесцентных ламп – это то, что для преобразования электричества в свет в них используется токсичная элементарная ртуть. Наличие высокотоксичной ртути означает, что их нельзя просто выбросить в мусорный бак, так как, разбившись, они будут выделять токсичные пары. Компактные люминесцентные лампы необходимо утилизировать особым образом, сдавая их в специализированные пункты приема.
Лампы на основе светодиодов не содержат никаких опасных веществ, и поэтому по окончанию срока эксплуатации их легко утилизировать, таким образом, уменьшив количество твердых бытовых отходов.
В настоящее время светодиодные технологии составляют конкуренцию экологичным галогенным, или IRC-галогенным, лампам, которые на 30% сокращают затраты по сравнению с обычными галогенными лампами. Галогенная лампа, как и «лампочка Ильича», излучает свет при нагревании электрическим током вольфрамовой нити.
Для повышения эффективности новые галогенные эколампы используют специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное излучение и отражает его назад, к спирали. Однако новые галогенные лампы по-прежнему гораздо менее эффективны и долговечны, чем компактные люминесцентные и светодиодные лампы.
Светодиодные лампы, по крайней мере, в три раза более эффективны, чем галогенные эколампы, и в силу своих надежных твердотельных технологий, как правило, светят в 15 раз дольше.
| Тип лампы | Преимущества | Недостатки |
| LED |
|
|
| CFL |
|
|
Таблица 2: Преимущества и недостатки LED и CFL
Таким образом, светодиодные лампы являются очень привлекательным вариантом для домашнего освещения. Светодиоды являются более экологичными и энергоэффективными, чем альтернативные технологии освещения.
Хотя изначально их стоимость может превышать стоимость компактных люминесцентных ламп и экологичных галогенных ламп, но в долгосрочной перспективе светодиодное освещение сэкономит вам средства, поскольку срок службы светодиодных ламп намного дольше, чем у любой другой технологии освещения, и они оправдают себя много раз, прежде чем потребуют замены.
Новинки светотехники от Verbatim
Не так давно компания Verbatim представила новинки светодиодного освещения, сделав основной акцент на расширении уже существующих линеек светодиодной продукции как в сегменте профессионального, так и бытового использования.
Новое поколение ламп конечного потребителя Verbatim Classic A имеет традиционный цоколь E27 и самую подходящую для домашнего освещения цветовую температуру 2700K и 3000K. Опции мощности: 4 Вт, 8 Вт, 10 Вт, 12 Вт и 13 Вт. Яркость: 250—1100 лм. Все новые модели диммируемые, что можно использовать для создания более уютной обстановки в доме и одновременно снизить потребление электроэнергии.
LED-лампа Verbatim Classic A с цоколем E27
Такие лампы являются выгодной альтернативой классическим лампам накаливания и создают комфортную атмосферу в доме, а также в гостиницах или ресторанах.
LED-лампы Verbatim Classic создают комфортную атмосферу в доме
Среди других новинок – лампы Verbatim LED PAR16 Diamond с элегантным дизайном, которые являются идеальной заменой для стандартных высоковольтных галогенных ламп для акцентированной точечной подсветки и верхнего света. Разработанные на основе бескорпусного чипа и оптики с алмазной обработкой, лампы Verbatim LED PAR16 мощностью 7,3 Вт с цоколем GU10 представлены в трех опциях цветовой температуры: 2700K, 3000K и 4000K.
Однофокусная оптика придает свету этих ламп мягкость и восприятие, как при галогенном освещении, при этом луч прекрасно отрегулирован, а блики сведены к минимуму. Их галогеновый эквивалент достигает 66 Вт, потребление энергии не превышает 87% в сравнении с обычной галогенной лампой мощностью 60 Вт.
Технология светодиодов с бескорпусным чипом улучшает термосопротивление и обеспечивает лучшее качество и эффективность освещения.
LED-лампа Verbatim LED PAR16 Diamond
Все модели LED PAR16 Diamond диммируемые и отличаются высокоэнергетической продуктивностью. Они оснащены встроенной системой регулирования температуры, гарантирующей длительный срок эксплуатации при отличном соотношении цена-качество в своей категории.
Срок службы достигает 35 000 часов (в 15 раз больше, чем у обычной галогенной лампы), что уменьшает расходы на ремонт и техобслуживание.
Основные сферы их применения — подсветка витрин и прилавков, а также подсветка различных объектов в магазинах, музеях и ресторанах.
Светодиодное освещение в магазине
Лампы другого типа – MR16 Spot GU5.3 6,5 Вт и PAR16 Spot GU10 5,0/6,5/7,0 Вт с цветовой температурой 3000К – заменяют галогенные лампы, являясь прекрасным вариантом для точечного и общего освещения в общественных местах: в ресторанах, на стойке регистрации отеля, в коридорах, приемных, залах совещаний и других местах, где освещение необходимо в течение длительного периода времени (срок их эксплуатации — до 30 000 часов).
Примеры светодиодного освещения в жилых помещениях и общественных местах
В портфель новой LED-продукции Verbatim также входят линейные лампы, используемые в качестве альтернативы флуоресцентным линейным лампам Т8, и потолочные светильники типа downlight, призванные заменить галогенные и компактные флуоресцентные приборы освещения.
Новые линейные LED-лампы
Источник: https://www.ixbt.com/infopages/verbatim-led-light.shtml
Что такое светодиод? История развития, интересные факты, перспективы
Светодиод — это полупроводниковый прибор, трансформирующий электроток в видимое свечение. У светодиода есть общепринятая аббревиатура — LED (light-emitting diode), что в дословном переводе на русский язык означает «светоизлучающий диод».
Светодиод состоит из полупроводникового кристалла (чип) на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Непосредственно излучение света происходит от этого кристала, а цвет видимого излучения зависит от его материала и различных добавок.
Как правило, в корпусе светодиода находится один кристалл, но при необходимости повышения мощности светодиода или для излучения разных цветов возможна установка нескольких кристаллов.
В светодиоде, в отличие от привычной лампы накаливания или люминесцентной лампы (ее еще называют «энергосберегающей»), электроток трансформируется в видимый свет. В теории, такое преобразование можно выполнить вообще без, так называемых, «паразитных» потерь электроэнергии на нагрев.
Это связано с тем, что при грамотно спроектированном теплоотводе светодиод нагревается очень слабо. Светодиод излучает свет в узком спектре, его цвет «чист», что особенно ценно применительно к дизайнерскому освещению. Ультрафиолетовые и инфракрасные излучения, как правило, отсутствуют.
История развития светодиода
В 1907 году британский инженер-экспериментатор Генри Джозеф Раунд (на фото слева) впервые обнаружил едва заметное излучение, испускаемое карбидокремниевыми кристаллами, вследствие неизвестных в то время электронных превращений.
В 1923 году в Нижнем Новгороде, молодой российский ученый Олег Лосев (на фото справа) также зафиксировал это свечение при проведении радиотехнических лабораторных опытов с полупроводниковыми детекторами, но интенсивность обнаруженных свечений была крайне низкой и Российское научное сообщество не придало этому событию должного значения.
Через несколько лет Олег Лосев провел целенаправленные исследования этого феномена и углублялся в их изучение вплоть до своей смерти — Олег Лосев ушел из жизни в блокадном Ленинграде зимой 1942 года в возрасте 38 лет. До начала войны Олег Лосев активно публиковал результаты своих изысканий в немецкий научных изданиях, где открытый им эффект посчитали сенсационным и назвали его именем ученого — «Losev Licht».
Природа этого излучения окончательно стала понятна только в 1948 после изобретения транзистора и появления теории «p-n-перехода», являющейся научной основой функционирования известных ныне полупроводников.
В 1962 году группа ученых из Университета Иллинойса (США), которой руководил Ник Холоньяк (на фото слева), продемонстрировала работу первого светодиода, что стало знаковым событием и именно этот момент многие специалисты считают открытием привычного нам светодиода. В этом же году Ник Холоньяк создал первые «красные» светодиоды, которые уже можно было применять в промышленности.
В 1972 были открыты полупроводниковые излучатели зеленого и желтого цвета. Их яркость постепенно увеличивалась и в 1990 году уже составляла 1 люмен.
Суджи Накамура (на фото справа) — инженер малоизвестной тогда японской фирмы Nichia (Ничиа) в 1993 году получил первый синий сверхъяркий светодиод.
После этого, почти моментально были созданы светодиодные RGB (Red-Green-Blue) устройства, поскольку эти три цвета (зеленый, синий, красный) в своем сочетании сделали возможным создать любой цвет, даже белый.
Этот момент стал настоящим прорывом и первые светодиоды белого цвета «увидели свет» в 1996 г., что явилось сильнейшим толчком к развитию отрасли.
К 2005 году яркость светодиода достигла значения 100 лм/Вт и продолжает увеличиваться. Были сконструированы так-называемые многоцветные светодиоды, а повышение яркости и надежности всех компонентов светодиодных ламп позволило начать конкуренцию с энергосберегающими (люминесцентными) и лампами накаливания.
С 2008-2009 годов стартовало активное применение светодиодных источников света в бытовых светильниках и чуть позднее с ростом светоотдачи — в уличном освещении. В 2012-2013 годах из-за многократного роста объемов производства их стоимость начала снижаться, что привело к стремительному повышению интереса со стороны потребителей.
Яркость светодиода
Яркость светодиода зависит от силы тока (измеряемой в амперах), который через него проходит. Однако, силу тока нельзя увеличивать без ограничений, так как кристалл перегреется и выйдет из строя. Именно по этой причине конструкция светодиодных ламп относительно сложна и дорога в производстве.
Но прогресс не стоит на месте и ежегодно ведущие производители светодиодов добиваются роста светового потока своих светодиодов на 20-30%, что с точки зрения скорости прогресса, весьма впечатляющие цифры. Постоянному совершенствованию подвергаются конструкции и материалы элементов светодиодных ламп.
По силе света светодиоды делятся на три основные группы:— светодиоды ультравысокой яркости, мощностью от 1W (Ultra-high brightness LEDs) – сотни канделл;- светодиоды высокой яркости, мощностью до 20 mW (High brightness LEDs) – сотни и тысячи милликанделл;
— светодиоды стандартной яркости (Standard brightness LEDs) – десятки милликанделл.
Яркость свечения светодиодов очень хорошо поддается регулированию или «диммированию» при использовании так называемого метода широтно-импульсной модуляции, для чего необходим специальный управляющий блок, встроенный в лампу. Однако, на сегодняшний день (2013-2014 года) не все продаваемые светодиодные лампы диммируются, что делает их немного дешевле и этот момент надо учитывать при покупке
Основные типы светодиодов
Существует два основных типа светодиодов: индикаторные и осветительные.
Индикаторные светодиоды — не яркие, маломощные и оттого дешевые в производстве светодиоды, используемые в качестве световых индикаторов в различных электронных приборах, подсветке дисплеев компьютеров, ЖК-телевизоров, приборных панелей автомобиля и многих других устройств.
Осветительные светодиоды отличаются высокой мощностью и яркостью, что позволяет использовать их в производстве бытовых и промышленных лампах и светильниках.
Исторически из-за небольшой яркости и мощности светодиоды применялись только для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать светодиоды с белым светом, что, как мы писали выше, произошло только в 90-х годах двадцатого века, а также значительно увеличить светоотдачу, чего в свою очередь, удалось добиться только в двухтысячных годах.
Долговечность и старение светодиодов
Светодиод механически прочен и надежен — даже при нынешнем развитии технологий, его срок эксплуатации в системе освещения теоретически может достигать ста тысяч часов, что примерно в 100 раз больше среднего срока эксплуатации обычной лампы накаливания и примерно в 10 раз больше, чем у энергосберегающих (люминесцентных) ламп.
Однако, срок службы светодиода может быть разным и напрямую зависит от типа светодиода, силы подаваемого на него тока, охлаждения кристалла (чипа) светодиода, состава и качества кристалла, компоновки элементов и сборки в целом. Именно поэтому срок службы у осветительных светодиодов короче, чем у маломощных индикаторных. В бытовом смысле, старение светодиода связано в большей степени со снижением его яркости и в меньшей — с изменением цвета видимого излучения.
Сам процесс старения начинает быть заметным по истечение нескольких десятков тысяч часов и происходит достаточно медленно, т.е. резкого угасания светодиода не происходит.
Однако, все вышесказанное относится исключительно к качественным продуктам от производителей с именами мировой величины.
Проблема в том, что большинство российских светодиодных ламп построено на ультра-дешевых китайских светодиодах и других комплектующих, что сказывается на потребительских свойствах продуктов.
Чаще всего это проявляется в том, что указанные на упаковке характеристики мощности, светового потока и срока службы очень сильно завышены. Именно по этой причине мы рекомендуем покупать лампы известных брендов.
Наибольшему старению подвержены как раз белые светодиоды, применяемые в освещении. Как мы уже писали ранее, светодиодов с белым светом пока не изобрели и белый свет получается за счет наложения структуры кристаллов, на которую нанесен люминофор (специальный состав). При этом люминофор ухудшает тепловые характеристики светодиода и срок его службы сокращается.
Тем не менее, на сегодняшний день, светодиодные лампы по заявлениям ведущих производителей будут работать без ухудшения своих характеристик от 30 до 50 тысяч часов, что при их непрерывной работе составляет минимум 3,5 года.
Если учесть, что по статистике лампа включена не более 3-х часов в сутки, то этот срок увеличивается минимум до 30 лет! Такие цифры впечатляют!
Сфера применения светодиодов. Перспективы развития
Сферу применения светодиодов в качестве источников света можно описать одним словом — повсеместно: в уличном, промышленном, автотранспортном и бытовом освещении. При подготовке этой статьи мы планировали перечислить сферы применения, но начав составления перечня, поняли, что в этом нет смысла, так как придется перечислять все.
Потом мы попробовали идти от обратного — где сейчас пока еще не применяют светодиоды в качестве источников света и пришли к выводу, что примеров этому нет. Все крупные Компании переводят освещение своих производственных и офисных помещений на светодиодное. Те, кто пока не делает — планируют это сделать в самое ближайшее время и ждут еще большего снижения цен.
Основных причин такого массового перехода две: экономический эффект и безвредность для человека и экологии планеты в целом.
По мнению большинства специалистов отрасли, стоимость светодиодных ламп, как бытовых, так и специальных будет снижаться и весьма сильно. По разным оценкам, от 10 до 20% в год в течение последующих нескольких лет. Ежегодно, световой поток самого производительного светодиода каждого из мировых брэндов возрастает на 20-30%.
Светодиодная лампа абсолютно безопасна для использования в жилых и рабочих помещениях. В отличие от ламп накаливания и люминесцентных («энергосберегающих») ламп, она не содержит стекло (за редким исключением) и опасные вещества, такие как ртуть и свинец. Лампа не наносит вреда экологии и не требует специальной утилизации.
В наше время это особенно важно: экологические требования всех развитых стран постоянно меняются в сторону уменьшения вреда здоровью людей и экосистеме планеты в целом. При этом всячески стимулируется развитие технологий энергосбережения. В подавляющем большинстве стран Евросоюза и в США продажа ламп накаливания уже запрещена, а продажи люминесцентных ламп стремительно снижаются.
На этом фоне «светлое» будущее систем освещения на основе светодиодов видится весьма отчетливо.
Лампы накаливания и галогенные лампы уходят в прошлое. Объемы производства падают в разы год от года. Люминесцентные (энергосберегающие) лампы также по всем параметрам проигрывают светодиодным и их объем производства также снижается. Причины победного шествия светодиодных технологий настолько очевидны, что не возникает ни малейшего сомнения, что другие типы ламп скоро просто вымрут или останутся в узких сегментах рынка.
Источник: http://samara-led.com/-news_page_17005500
LED лампы: заманчивые возможности для домашнего освещения
На сегодняшний день от 15% до 20% электроэнергии, используемой в наших домах, приходится на освещение. Если подсчитать расходы на него за год, то вызывает удивление тот факт, почему так мало людей перешли на использование энергосберегающих ламп.
Некоторые, возможно, ошибочно полагают, что у освещения с низким энергопотреблением отсутствуют все те преимущества, которые делают традиционные лампы такими популярными.
Тем не менее, в то время как использование старых и неэффективных ламп будет постепенно всё сокращаться, в центре внимания заслуженно окажутся лампы с высокой яркостью на основе светодиодов (LED).
Как и большинство качественных электротоваров, светодиоды будут работать без сбоев как при длительном использовании, так и при регулярном включении и выключении. Производители светодиодных ламп достигли такого уровня надежности благодаря эффективной системе управления терморегулированием, разработанной для предотвращения перегрева светодиодов.
Качественные светодиодные лампы могут работать более чем 35 тыс. часов, что, по крайней мере, в два раза превышает срок жизни обычной компактной флуоресцентной лампы, а часто – даже в три или четыре раза. Для светодиодных ламп, обычно используемых в темное время суток в течение нескольких часов, это означает, что, будучи вкрученной в тот день, когда у вас родился ребенок, она прослужит вам до того момента, пока он не покинет родительский дом и создаст свою семью.
Что нужно знать для того, чтобы максимально использовать преимущества светодиодных технологий, а также отличить качественные лампы от некачественных? При производстве качественных светодиодных ламп применяются усовершенствованные технологии для обеспечения необходимого теплоотвода, что продлевает срок эксплуатации ламп.
Комбинация цветных чипов светодиодов точно воссоздает необходимую цветовую палитру, и тогда отпадает необходимость устанавливать в комнате отдельные лампы с разной цветовой температурой. Таким образом, пользователи получают выгодное сочетание направленного или общего освещения в помещении, и при этом осветительные приборы отличаются низким энергопотреблением и долгим сроком службы.
Для создания особой атмосферы в комнате рекомендуется использовать светодиодные лампы с регулировкой яркости, которые лучше справятся с данной задачей, чем люминесцентные лампы. Кроме того, современные светодиодные лампы работают со старыми схемами затемнения, а при необходимости сразу после включения мгновенно достигают уровня полной яркости.
Внутренний мир LED ламп
Если разобрать светодиодную ламу, можно найти множество крошечных чипов, которые загораются, когда через них проходит электричество. Этот массив элементов и является ответом, почему светодиодное освещение такое привлекательное.
Некоторые светодиоды лампы излучают белый свет таким же образом, как и люминесцентные лампы: компоненты производят синий свет, но фосфорное покрытие на поверхности светодиода преобразует его в видимый белый свет.
Способность светодиодных ламп легко воспроизводить различные оттенки света является ключевым, но не единственным их преимуществом по сравнению с компактными люминесцентными лампами.
Рис. 1. Сверху вниз: линза (оптика), светодиодный модуль, подложка, теплоотводящий элемент, электронный драйвер (преобразователь) и основание, включая патрон.
LED против Люминесцентных ламп
С люминесцентными лампами потребителю всегда надо идти на компромисс. Например, прежде чем CFL достигнет полной яркости, пройдет несколько минут.
Кроме того, уже при полной яркости свет флуоресцентных ламп кажется не таким привлекательным, как обычное освещение, к которому мы привыкли.
Также вызывает беспокойство тот факт, как быстро CFL будут деградировать и как их ультрафиолетовое излучение может негативно повлиять на произведения искусства, ткани и отделку мебели с течением времени.
Компактные люминесцентные лампы технологически идентичны люминесцентным лампам, используемым в складских помещениях и в офисах – в среде, где главным критерием освещения становится функциональность и эффективность, а не эстетические соображения. В конце концов, не всякий решится установить у себя в гостиной люминесцентные лампы промышленного назначения. По сравнению с ними светодиодные лампы излучают привлекательные тона белого света.
Еще один недостаток компактных люминесцентных ламп – это то, что для преобразования электричества в свет в них используется токсичная элементарная ртуть. Наличие высокотоксичной ртути означает, что их нельзя просто выбросить в мусорный бак, так как, разбившись, они будут выделять токсичные пары. Компактные люминесцентные лампы необходимо утилизировать особым образом, сдавая их в специализированные пункты приема.
Лампы на основе светодиодов не содержат никаких опасных веществ, и поэтому по окончанию срока эксплуатации их легко утилизировать, таким образом, уменьшив количество твердых бытовых отходов.
В настоящее время светодиодные технологии составляют конкуренцию экологичным галогенным, или IRC-галогенным, лампам, которые на 30% сокращают затраты по сравнению с обычными галогенными лампами. Галогенная лампа, как и «лампочка Ильича», излучает свет при нагревании электрическим током вольфрамовой нити.
Для повышения эффективности новые галогенные эколампы используют специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное излучение и отражает его назад, к спирали. Однако новые галогенные лампы по-прежнему гораздо менее эффективны и долговечны, чем компактные люминесцентные и светодиодные лампы.
Светодиодные лампы, по крайней мере, в три раза более эффективны, чем галогенные эколампы, и в силу своих надежных твердотельных технологий, как правило, светят в 15 раз дольше.
Таким образом, светодиодные лампы являются очень привлекательным вариантом для домашнего освещения. Светодиоды являются более экологичными и энергоэффективными, чем альтернативные технологии освещения.
Хотя изначально их стоимость может превышать стоимость компактных люминесцентных ламп и экологичных галогенных ламп, но в долгосрочной перспективе светодиодное освещение сэкономит вам средства, поскольку срок службы светодиодных ламп намного дольше, чем у любой другой технологии освещения, и они оправдают себя много раз, прежде чем потребуют замены.
Сравнение ламп
| Мощность | 8 Вт | 7,7 Вт |
| Сила светового потока | 400 Лм | 500 Лм |
| Светоотдача | 50 лм/Вт | 65 лм/Вт |
| Энергоэффективность | 80% | 82% |
| Регулирование яркости (диммирование) | Избирательно | Да |
| Вредные или опасные материалы | Да, ртуть | Нет |
| Срок эксплуатации | 6 тыс. — 15 тыс. часов | Ок. 40 тыс. часов |
| Работа на полную мощность | Отложенная | Мгновенная |
| Стоимость электроэнергии за год* | 5 евро | 4,7 евро |
* Стоимость используемой электроэнергии рассчитана, исходя из ежедневного освещения 10 часов в день 365 дней в году при среднем тарифе на электроэнергию в Европе 0,17 евро за кВт*ч.
| LED | · Мгновенное достижение максимальной яркости · Не содержит ртути и др. вредных материалов · Свет высокого качества · Регулируемая яркость · Более высокий уровень энергоэффективности · Высокий уровень яркости · Совместимость со схемами затемнения · Срок службы – 20-35 лет· Долгий срок эксплуатации в режиме вкл./выкл. | · Более высокие начальные издержки по сравнению с компактными люминесцентными лампами |
| CFL | · Более низкие начальные издержки по сравнению со светодиодными лампами | · Достижение максимального уровня яркости с задержкой · Содержит канцерогенную ртуть · Яркость не регулируется · Свет низкого качества · Излучает ультрафиолетовый свет · Срок службы до 13 лет· Требует специальной утилизации |
Вернуться к списку
Источник: http://www.neolight.ru/statyi/statya_full/statyi/Svetodiodnye-lampy-zamanchivye-vozmozhnosti-dlya-domashnego/
Светодиод — как источник света
Если разбить слово «светодиод» на составляющие, то мы получим «свето» и «диод». То есть это обычный диод, который еще и светится. Диод — это такой прибор, который лучше всего сравнить, например, с клапаном или ниппелем в автоколесе. Туда вы можете закачать воздух, а обратно — ниппель не пускает. Иными словами диод может пропускать заряженные частицы только в одном направлении. Обычный диод выглядит как черный бочонок с двумя выводами — плюсом и минусом.
Светодиод, или светоизлучающий диод — является полупроводниковым прибором с электронно-дырочным переходом (pnпереходом) или контактом металл-проводник, создающий оптическое излучение при прохождении электрического тока через него в прямом направлении. Кристалл светодиода создает оптическое излучение в довольно узком спектре. Его спектральные характеристики зависят в первую очередь от химического состава полупроводников, используемых при его изготовлении.
Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет. В случае с «белым» светодиодом, кристалл излучает синий цвет, проходит через люминофор желтого цвета (которым прорыт светодиод) и преобразуется в белый свет. (В обратном порядке происходит с солнечным светом, желтый свет Солнца проходит через синюю атмосферу Земли и преобразуется в белый свет).
Из чего состоит светодиод?
Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами (Золото или серебро) и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.
Как работает светодиод?
Электрический ток в виде электронов, проходя через светодиод, преобразуется в полупроводниковом кристалле в видимый свет и тепло.
Какой срок службы у светодиодов?
Если взять обычную лампу накаливания, то с ней все просто. Ее срок службы считается с момента, когда вы ее вкрутили и до того момента, когда она сгорела и вы выкинули ее в 13 мусорное ведро. Она может сгореть через 15 минут, а может и через 15 лет. Но в среднем, ее срок службы составляет 1000 часов.
Срок службы светодиодов намного больше, чем у ламп Со светодиодами не все так просто. Если мы включим светодиод и будем ждать, когда он потухнет, то можно потратить на это десятки лет.
Теоретически, светодиод — это вечный источник света. Так ли это на самом деле?
На самом деле, НЕ так. Светодиод со временем тускнеет. Связано это с тем, что в его кристалле содержатся вредные примеси, от которых невозможно полностью избавиться на этапе производства кристалла.
Вот эти самые примеси, со временем изменяют структуру кристалла и он начинает деградировать. Это приводит к тому, что часть энергии он начинает преобразовывать в тепло, а не в свет. И светодиод начинает тускнеть.
Поэтому, сроком службы светодиода принято считать время, в течении которого он потускнеет на 30% от своего первоначального состояния.
SMD и COB технология производства светодиодов и их отличие?
Кристалл с помощью специального клея монтируется на свое основание — теплоотводящую подложку. Подложка с кристаллом и выводами устанавливается на печатную плату. В процессе изготовления SMD светодиодов применяется большее количество слоев.
В процессе производства светильника массив кристаллов монтируются на единое основание — печатную плату. Далее, кристаллы покрываются общим слоем люминофора. Конструкция помещается в герметичный корпус, обеспечивающий ее защиту от воздействия окружающей среды и отвод тепла. В связи с большой площадью источника света увеличивается объем линзы, что усложняет и удорожает конструкцию. Меньше слоев между кристаллом и подложкой, лучше теплоотвод.
Вообще, технология COB появилась позднее SMD. Поэтому многие могут полагать, что это следующее поколение в светодиодах и COB превосходят все предыдущие решения. Однако все не так просто.
В SMD-светодиодах кристаллы в количестве от 1 до 3 штук устанавливаются на керамические подложки, представляющие собой прямоугольники с размером сторон от 1 до 7 мм. Каждый SMD-светодиод индивидуально покрыт слоем люминофора.
Конструкция SMDсветодиода предусматривает прямое соединение припоем контактных площадок подложки и монтажной платы.
Благодаря этому, производство светильников может быть полностью автоматизировано. Суть технологии COB заключается в размещении на плате кристаллов без корпусов и керамических подложек, а также покрытие этих кристаллов общим слоем люминофора.
Кристаллы светодиодов при технологии COB расположены гораздо ближе друг к другу, чем при использовании SMD-светодиодов. Плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 кв. см. К тому же, они имеют общее покрытие люминофором.
Поэтому COB-матрица светится равномерно, в ней практически неразличимы отдельные точки.
При равной мощности размер COB-матрицы меньше, чем размер матрицы из SMDсветодиодов. Таким образом, основное преимущество COB — это возможность производства источника света с минимальной площадью свечения и большей мощности, что позволит использование различных отражателей, линз и рассеивателей.
При этом преимущество SMD светодиодов — более долгий срок службы, благодаря их малой мощности и простоте отвода тепла. Также технология корпусирования и калибровки SMD светодиодов исключает человеческий фактор, следовательно, и изделия из одной партии будут иметь крайне низкую погрешность. Таким образом, несмотря на новизну, технология COB менее надежна, чем технология SMD.
Преимущества светодиодов
По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:
— Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись и превзошли по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами и металлогалогенными лампами, достигнув 160 Люмен на Ватт;
— Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);
— Длительный срок службы — от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день — 34 года). Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости;
— Спектр свечения современных светодиодов бывает различным — от тёплого белого (2700 К) до холодного белого (6500 К);
— Малая инерционность — включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутнофосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 сек до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды;
— Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света — ламп накаливания, газоразрядных ламп);
— Экологичность — отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения, в отличие от люминесцентных ламп.
Десятка крупнейших производителей светодиодов
На 10 компаний, представленных в данном пункте, приходится более 68% мирового предложения светодиодов
Nichia Corporation (Используются при производстве ТМ Ферекс)- инженерно-химическая производственная компания со штаб-квартирой в Токусима, Япония. Специализируется на производстве и продаже люминофоров, в том числе светодиодов (LED), лазерных диодов, материалов для аккумуляторных батарей, а также хлористого кальция.
Samsung LED (ТМ Гранат, ТМ Geliomaster, ТМ Viled) — производитель светодиодной продукции из Южной Кореи. Осуществляет научные исследования и разработки, производство и продажу сапфировых подложек для светодиодов
Osram Opto Semiconductors — немецкая компания со штаб-квартирой в Регенсбурге. Является второй в мире по объему производства оптоэлектронных полупроводников. Одним из основных продуктов компании являются светоизлучающие диоды (СИД).
LG Innotek (ТМ Viled, ТМ Geliomaster) — подразделение группы компаний LG. Занимается производством компонентов светоизлучающих диодов (LED). На основе ее компонентов создаются яркие и энергосберегающие лампы освещения и другие продукты, которые функционируют с меньшими затратами.
Seoul Semiconductor (ТМ Geliomaster) — корейская компания по производству светодиодных устройств. Компания производит корпуса для светодиодов. Общая мощность производства составляет 4 млрд. корпусов в месяц.
Cree Inc. — многонациональной производитель полупроводниковых материалов и приборов со 16 штаб-квартирой в Дареме, США. Сейчас Cree производит высоковольтные SiC диоды Шотки с напряжением 3001700В и током до 20А по технологии ZERO RECOVERY с нулевым временем обратного восстановления, СВЧ полевые транзисторы, а также кристаллы для светодиодов и полупроводниковых лазеров синего и ультрафиолетового диапазона.
Источник: https://led-granat.ru/articles/195/
Срок службы белых светодиодов
: Максимально достижимый уровень световой эффективности белого источника света.
Одним из основных достоинств светодиодов, по заявлению производителей, является их потенциально очень долгая жизнь. Действительно ли она продолжается 50000 часов или даже 100 тысяч часов? В этом информационном бюллетене рассматриваются деградация яркости, измерение срока службы светодиода, и особенности, которые необходимо учесть при оценке светодиодной продукции.
Деградация светового потока
Все электрические источники света показывают снижение количества света, который они излучают с течением времени, процесс, известный как деградация яркости. Нити ламп накаливания со временем испаряются и частицы вольфрама оседают на поверхности стекла. Это обычно приводит к 10-15% снижению яркости по сравнению с начальным световым потоком через примерно 1000 часов работы лампы накаливания.
В люминесцентных лампах, фотохимические процессы деградации люминофора и накопление поглощающих свет отложений приводит также к снижению яркости. Компактные люминесцентные лампы в целом теряют не более 20% от начальной яркости при достижении 10 тысяч часов наработки. Высококачественные линейные люминесцентные лампы (T8 и T5) с использованием редкоземельных люминофоров теряет лишь около 5% от начальной светимости к 20000 часам работы.
Основной причиной снижения яркости светодиодов считается высокая температура перехода полупроводникового чипа.
Типичные значения стабильности светового потока для различных источников света †
Светодиоды не излучают тепло в виде инфракрасного излучения (ИК), так что тепло должно быть удалено из устройства за счет теплопроводности или конвекции. Без достаточного теплоотвода или вентиляции, температура в устройстве будет расти, что приводит к снижению светового потока.
Хотя последствия краткосрочного воздействия высоких температур могут не быть необратимыми, непрерывная высокая рабочая температура будет вызывать постоянное снижение светового потока. Светодиоды могут продолжать работать даже после того, как их световой поток сократится до очень низкого уровня.
Это становится важным фактором в определении эффективного срока службы светодиодов.
Определение срока полезного использования светодиода
Для обеспечения соответствующей измерения срока полезного использования светодиода, необходимо выбрать уровень допустимого снижения яркости. В какой момент уровень яркости перестает удовлетворять потребностям? Ответ может отличаться в зависимости от применения изделия.
Для общего применения, такого как общее освещение в офисе, исследования показали, что большинство не будут замечать сокращения освещенности на примерно 30%, особенно если снижение происходит постепенно‡. Поэтому уровень в 70% от первоначального значения освещенности может быть принят как соответствующий предел срока полезного использования для общего освещения.
На основании этого исследования, Альянс твердотельных систем освещения и технологии (ASSIST), группа во главе с Lighting Research Center (LRC), рекомендует при определении срока полезного использования принять точку, в которой световой поток сократится до 70% от начальной яркости (сокращенно L70) для общего освещения, и 50% (L50) для светодиодов, используемых для декоративных целей. Для некоторых приложений может оказаться необходимым и уровень выше 70%.
Измерение срока службы источника света
Срок службы традиционных источников света, определяется с помощью отработанных процедур тестирования. Например, компактные люминесцентные лампы тестируются в соответствии с LM-65, опубликованным Светотехническим обществом Северной Америки (IESNA). Статистически достоверные образцы ламп проверяются при температуре окружающей среды 25° по Цельсию в цикле 3-х часовой работы и 20 минут отдыха.
Точка, в которой половина ламп в выборке вышли из строя — это номинальная средняя продолжительность жизни для этой лампы. Для 10 тысяч часов работы ламп, этот процесс занимает около 15 месяцев. Полное тестирование работоспособности для светодиодов является нецелесообразным в связи с продолжительным сроком службы.
Включение и выключение не является определяющим фактором в определении срока жизни светодиодов, поэтому нет необходимости использовать методику циклического включения-выключения. Но даже в режиме круглосуточной работы, тестирование светодиода для 50000 часов займет 5,7 лет.
Поскольку технология продолжает развиваться и эволюционировать так быстро, что продукты устаревают к времени окончания тестирования, IESNA разработала процедуру (IES LM-80) для измерения светового потока для светодиодных устройств (например, единичных светодиодов, массивов, модулей), однако этот метод не распространяется на светодиодные светильники или сменные элементы светодиодной лампы.
LM-80 также не предоставляет руководство для оценки или экстраполяции светового потока за пределами 6000 часов измерений, установленного в методе тестирования. Для поддержки долгоживущих светодиодных изделий, IESNA в настоящее время разрабатывает метод сравнительной оценки (IES TM-21) для оценки светового потока и срока службы светодиодов за пределами 6000 часов.
ТМ-21 будет использовать данные LM-80, собранные на нескольких рабочих температурах. Учитывая потенциально долгий срок службы и непрактичность полного тестирования, оценка времени жизни светодиодов, вероятно, будет основана на экстраполяции ограниченных по времени тестовых данных. Поэтому, важно на этой ранней стадии технологии, быть консервативным в проектных решениях, базирующихся на ожидаемом сроке полезного использования.
Характеристики срока службы светодиода
Как прогнозы срока службы для сегодняшних белых светодиодов сравнимы с традиционными источниками света?
Источник: https://led-displays.ru/srok_sluzgby_svetodioda.html
Светодиодные лампы и вопросы безопасности
С каждым годом светодиодные лампы для освещения дома становятся все более популярными. Они самые экономные в плане потребления электроэнергии. Их производители гарантируют полную безопасность таких осветительных приборов, но скептики, как обычно, сомневаются. Кто прав?
Что такое светодиодная лампа?
Современная светодиодная лампа (LED-лампа) это достаточно сложный прибор. Источником светового излучения в ней служат светодиоды — полупроводниковые приборы, преобразующие электрическое питание в свет.
Но светодиоды не могут подключаться непосредственно к сети, поэтому каждая лампа содержит внутри плату с вмонтированными светодиодами, электронный драйвер (преобразователь электропитания), металлический корпус-радиатор для охлаждения.
С внешней стороны есть цоколь для подключения в любой стандартный светильник и, очень часто, полупрозрачный рассеиватель света.
Светодиод (англ. light-emitting diode, LED) – это, по сути, кристалл, способный излучать свет под воздействием электрического тока. Цвет испускаемого излучения зависит от материала: арсенид галлия дает красный, фосфид галлия – зеленый, селенид цинка – синий. Как же получают привычный для нас белый свет?
Есть несколько способов. Во-первых, белый свет это смешение световых волн разных диапазонов, поэтому если плотно разместить красные, голубые и зеленые светодиоды и их излучение смешать при помощи оптической системы, то в результате получается белый свет.
Во-вторых, есть люминофоры – вещества, способные поглощать и преобразовывать свет. Если на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне, нанести три слоя люминофора, каждый из которых дает голубой, зеленый и красный свет, соответственно, то в результате получится белый свет, близкий к естественному, природному.
Для чего нужен рассеиватель излучения? Светодиодные излучатели светят преимущественно в одном направлении, дают узконаправленный свет. Для фонарика это хорошо, для подсветки рабочей области тоже неплохо, но для равномерного освещения комнаты требуется рассеянный свет. Для этого используют специальную прозрачную или матовую линзу-рассеиватель.
Что такое драйвер и для чего он в лампочке? Для нормальной работы светодиода через него должен протекать стабилизированный электрический ток, не зависимый от колебаний питающего напряжения. Специальное импульсное электронное устройство выполняет эту задачу, благодаря этому светодиоды не перегорают мгновенно.
В чем преимущества светодиодных ламп?
Популярность светодиодных осветительных приборов возрастает с каждым днем, несмотря на их высокую стоимость. Это говорит о том, что такие LED-лампы превосходят все другие виды по многим параметрам. В чем плюсы?
- Потребляют мало энергии. Это существенно сокращает расходы на электроэнергию, позволяет делать фонарики и лампы аварийного освещения, не требующие частой замены источника питания.
- Длительный срок службы. Производители утверждают, что срок службы их продукции больше 10 лет непрерывного свечения.
- Не содержат ртути. Утилизация таких ламп не наносит вреда окружающей среде.
- Мгновенно разогреваются. При включении сразу зажигаются, им не требуется время для достижения полной яркости.
- Малый вес и объем. Светодиоды отличаются малыми габаритами, из них можно конструировать как большие лампы, так и точечные светильники, устанавливая их в труднодоступных местах и переносных устройствах.
- Ударопрочность. Светодиоды не повреждаются при сотрясениях и ударах, поэтому светильники можно устанавливать в любых местах.
- Хорошо работают при низких температурах. В отличие от других осветительных приборов, светодиоды без проблем работают на морозе, это удобно для уличного освещения.
- Почти не выделяют тепла. Это позволяет встраивать светодиодные лампочки практически куда угодно: в шкаф, в потолок или в плинтус, они не вызывают пожаров из-за перегрева.
Преимуществ у светодиодных светильников много, они экономны, их очень любят использовать дизайнеры, так как они позволяют воплотить самые смелые идеи. Но у каждого устройства есть и недостатки. Трудно поверить, что светодиодные лампы идеальны.
Недостатки и особенности светодиодных ламп
Минусы у светодиодных источников света тоже есть, но не всегда это недостатки ламп, иногда это просто неграмотное их использование. Свойства любого осветительного прибора нужно учитывать, чтобы получить хороший результат, а не проблему.
- Цена. Это существенный недостаток LED-ламп. Стоимость производства снижается с каждым годом, но она все еще высока по сравнению с осветительными приборами других типов.
- Явление деградации. Производители ламп утверждают, что срок их службы больше 10 лет, но гарантию дают на 3-5 лет! Дело в том, что есть явление деградации, т.е. тихого умирания кристаллов светодиодов. Постепенно уменьшается световой поток, а в ряде случаев также наблюдаются изменения люминофора. Скорость деградации зависит от качества материала и повышается с ростом температуры окружающей среды. Светодиод, яркость которого в процессе эксплуатации снизилась на 30 %, считается вышедшим из строя. Лампочки, потерявшие яркость, можно вполне успешно использовать в туалете или кладовке еще долго.
- Цвет свечения. Многие люди жалуются на неприятный спектр свечения. Они испытывают дискомфорт, если рабочее место освещено синеватым или голубовато-белым светом. Как известно, оттенок света ламп определяет цветовая температура. Производители для удобства покупателей маркируют свои изделия не только указанием цветовой температуры в градусах по шкале Кельвина, но также ставят метку на изображении цветной шкалы на упаковке. Эта метка указывает цвет свечения – теплый желтый, холодный голубой, наиболее комфортный — белый свет с желтоватым оттенком. Покупая лампочку, следует выбирать такую, какая наиболее привычна по цвету свечения и никакого дискомфорта не будет.
- Узкая направленность света. Светодиоды дают направленный свет. Если в настольный светильник вкрутить обычную лампу накаливания, то она осветит весь стол рассеянным светом, середина стола будет освещена лучше, но и края тоже будут хорошо видны. Светодиодная лампа даст очень яркий круг в середине стола, края будут теряться во тьме. Для глаз такие резкие переходы вредны. Проблема исчезает, если выбирать лампу с матовым колпаком — рассеивателем излучения.
Все ли светодиодные лампы безопасны?
Любой бытовой прибор и устройство для дома должны быть максимально безопасными. Всегда ли светодиодные светильники абсолютно безвредны? К сожалению, не всегда. И причина проста – не все лампы качественные. Некоторые производители стараются подзаработать, максимально упрощая технологию, и продают дешевые светильники низкого качества. Чем они опасны?
Ультрафиолетовое излучение. Есть ли оно?
Бытовые светодиодные лампы не излучают в ультрафиолетовом спектре. Хорошо это или плохо?
Считается, что ультрафиолет вреден. Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле — Солнце. Оно излучает волны в разных диапазонах спектра.
Ультрафиолетовое излучение длинноволнового диапазона в основном поглощается атмосферой, средневолнового диапазона неощутимо для глаз человека и поглощается эпителием роговицы, ультрафиолет коротковолнового диапазона может проникать до сетчатки глаза. Загар появляется под действием ультрафиолета.
Бактерицидные синие лампы излучают в ультрафиолетовом диапазоне и убивают вредные бактерии, но на них нельзя смотреть, чтобы не повредить зрение. УФ-излучение полезно для роста и созревания плодов.
Если в светодиодных лампах практически нет такого излучения, то это плюс или минус? Споры не утихают среди специалистов до сих пор.
А есть еще ультрафиолетовые светодиоды, покрытые люминофором, дающим белый свет. Они дешевы в изготовлении, их выпускают многие производители. Люминофор поглощает ультрафиолет. Но весь или не весь? А если светодиод некачественный? Наличие небольшого излучения в ультрафиолетовом диапазоне – это плохо или наоборот, хорошо, так как ближе к природному свету? Окончательного ответа пока нет.
Мерцание светодиодных ламп
Хорошие светодиодные лампы не мерцают, в отличие от привычных для нас ламп дневного света. Почему же говорят о мерцании? В преобразователе напряжения используется специальная микросхема, которая генерирует серию коротких импульсов с необходимыми параметрами.
Добросовестные производители ставят на выходе этих преобразователей сглаживание пульсаций, но в дешевых драйверах производитель может сэкономить. Лампочка будет мерцать.
Обычным зрением это не воспринимается, но длительная работа при таком освещении может привести к ухудшению зрения.
Как определить, мерцает лампочка или нет? Глаза этого не заметят, но если посмотреть на светильник через цифровую камеру, то на экране мы сразу увидим пульсирующий свет. Такой стробоскопический эффект можно наблюдать в этом коротком видео, где обычной камерой снят демонстрационный стенд с включенными светодиодными лампами в магазине. Некоторые из них мерцают, другие нет.
Какой вред от мерцания? Пульсирующий свет вызывает постоянные сокращения ресничной мышцы, она устает, что приводит к развитию близорукости. Некоторые люди жалуются на слезотечение, усталость глаз, сонливость при работе в условиях мерцающего освещения.
Как выбрать качественную светодиодную лампу?
Правил немного:
- Никогда не покупать дешевку. Цены у производителей качественных осветительных приборов примерно одинаковые. Технологии изготовления немного отличаются, но на стоимость это влияет мало. Если магазин предлагает LED-лампы с одними и теми же параметрами, но с большой разницей в цене, то уверенно проходите мимо дешевых, если дорожите своим зрением.
- Никогда не покупать много ламп сразу. Нет никакого смысла сразу закупить лампочки для всего дома. Даже, если предлагают скидку. Цветовая температура у светодиодных источников света разная, они также отличаются по рассеиванию. Степень синего или желтого оттенка лучше подобрать индивидуально. Неудачно выбранную лампу всегда найдется, где вкрутить. Если выбор оказался правильным, то можно смело брать такие же в нужном количестве.
- Проверять на мерцание. Взять с собой телефон с камерой не проблема, как и посмотреть через нее на включенные лампы. Но, если нет такой возможности, то лучше купить одну, включить ее дома и посмотреть через камеру. Мерцает – повесить в коридор или в ванную.
Светодиодные источники освещения уверенно завоевывают мир, у них много преимуществ, но, как ко всему новому, к ним нужно привыкнуть и научиться пользоваться правильно. И никогда не покупать дешевые некачественные подделки.
Источник: http://safetydom.net/teplo-i-svet/34-led-lampa.html
Геометрия, рабочие параметры, ширина спектра светодиодов
Существенной составной частью источников света является их способность вводить свет в узкий сердечник волокна. Базовые светодиоды, как подчеркивалось выше, излучают свет во всех направлениях. Это затрудняет направление света в волокно. Для концентрации свел в узкий пучок могут использоваться различные внутренние структуры. Двумя обычно используемыми схемами являются диоды Барруса (Burrus) и диоды, излучающие из кромки (edge emitting diodes).
В структуре диода Барруса, или диода с вытравленным каналом, для ограничения излучения света используется дыра, вытравленная в субстрате, сопряженном с внутренними структурами. Волокно может быть непосредственно введено в дыру в верхней части устройства для сбора выходящего света.
Диоды с излучением с торца (edge emitting diodes — ELED) генерируют свет в тонком узком активном переходном слое, как показано на рис. 6.3. Излучающая зона может быть толщиной всего несколько микрометров и шириной десять микрометров.
Структур; включает в себя особенности, разработанные для ограничения выхода света и направления его к одному концу устройства. Такие устройства обычно дают меньше выходящей света, чем поверхностно-излучающие светодиоды, из-за меньшей поперечной площади активной излучающей зоны, но пучок более эффективно направляется в волокно.
Более яркие и точные пучки требуют более сложной конструкции, сопряженной с более дорогими структурами с большим выделением тепла.
Выходная мощность и питание
Выходная мощность обычно не превышает 1 мВт, но может быть и лишь несколько микроватт. Выходная мощность светодиода линейно зависит от прямого тока. Волоконно-оптические светодиоды обычно работают с токами от 20 до 100 мА и требуют прямого напряжения смещения от 1,2 до 1,8 вольт.
При мощности рассеяния от небольшого устройства до 180 мВт необходима соответствующая охлаждающая конструкция для предотвращения избыточного повышения температуры и, как следствие, снижения надежности и срока службы устройства. По мере старения светодиодов их выходная мощность снижается.
Ширина спектра
Суммарная излучаемая передатчиком мощность распределяется по диапазону длин волн, сгруппированных вокруг основной длины волны. Это оценивается величиной ширины спектра hλ, в пределах снижения уровня мощности на 3 дБ и измеряемой обычно в нанометрах.
Типичный светодиод, работающий на длине волны 850 нм, имеет ширину спектра примерно 40 нм, а светодиод, работающий на 1300 нм, — ширину примерно 80 нм.
Большие значения ширины спектра вызывают повышение хроматической дисперсии светового импульса по мере его продвижения по волокну.
Рабочий срок службы
Сроком службы светодиода является время, в течение которого его световое излучение снижается до половины первоначального значения (то есть уменьшается на 3 дБ в основной рабочей длине волны). Хорошие светодиоды должны иметь срок службы около 105 часов (11 лет).
Модуляция
Цифровая модуляция излучения светодиода достигается простым включением и выключением источника тока светодиода.
Для аналоговой модуляции светодиода к нему требуется приложить смещение постоянного тока, чтобы гарантировать, что светодиод всегда находится под действием прямого напряжения смещения. Влияние Температуры
Допустимы рабочие диапазоны температур от -65 до 125°С. По мере увеличения температуры перехода выходная мощность снижается, обычно на 0,012 дБ/°С.
6.2.5. Конструкции светодиодов
Чипы светодиодов должны монтироваться в соответствующем корпусе, чтобы эффективно рассеивать тепло и дать возможность подключить к источнику света волокно.
Производители используют множество различных подходов, включая прозрачные окна или линзы в металлических колпачках, дыры в корпусе для введения и склеивания волокон, присоединение косичек непосредственно к чипу или использование в чипах микроскопических линз для ограничения пучка. Два из них показаны на рис. 6.4.
Использование большой линзы в качестве крышки устройства показано на рис. 6.4,а. Это создает большой пучок, поскольку дистанция, отделяющая линзу и светодиод как таковой, подходит лишь для волокон большого диаметра. На рис. 6.4,6 показано использование микролинзы, посаженной непосредственно на светодиод.
В этом случае пучок не расширяется до его ограничения линзой, поэтому его можно эффективно направить в волокно с диаметром сердечника ,50 мкм. Потери, связанные с соединениями волокон и источников света, обсуждались в главе 5.
