Сверхяркие – Сверхяркие светодиоды — что это такое, разновидности и применение

Содержание

Сверхъяркие светодиоды белого свечения.

Конструкция и особенности мощных светодиодов

Сейчас, наверное, только глухой не слышал о светодиодных лампах и сверхъярких светодиодах. В среде радиолюбителей сверхъяркий светодиод уже давно стал объектом пристального изучения и главным элементом самодельных новаторских устройств. Да, это и не мудрено, сверхъяркие светодиоды интересны в первую очередь своей экономичностью и хорошими характеристиками по светоотдаче. Светодиоды обладают хорошей механической прочностью, не бояться вибрации и тряски. Не зря мощные светодиоды всё больше применяют в автомобилестроении.

Ещё одним важным положительным качеством светодиодов можно считать то, что они начинают излучать мгновенно после подачи питания. Люминесцентные лампы, например, в этом плане уступают светодиодам. Для долговечной работы люминесцентной лампы рекомендуется горячий запуск, когда происходит предварительный разогрев нитей накала. Лампа при этом включается спустя несколько секунд.

В начале девяностых годов фирма Nichia представила миру первый светодиод синего и белого цвета свечения. С тех пор началась технологическая гонка в производстве сверхъярких мощных светодиодов.

Сам по себе светодиод не может излучать белый свет, так как белый свет является суммой всех цветов. Светоизлучающий диод излучает свет строго определённой длины волны. Цвет излучения светодиода зависит от ширины энергетической запрещённой зоны перехода, где и происходит рекомбинация электронов и дырок.

Ширина энергетической запрещённой зоны в свою очередь зависит от материала полупроводника. Для получения белого света на кристалл синего светодиода наносят слой люминофора, который под действием синего излучения испускает жёлтый и красный свет. В результате смешения синего, жёлтого и красного получается белый свет.

Это одна из нескольких широко распространённых технологий получения белого света посредством светоизлучающих диодов.

Напряжение питания сверхъярких белых светодиодов, как правило, лежит в пределах от 2,8 до 3,9 вольт. Точные характеристики светодиода можно узнать из описания (datasheet).

Мощные сверхъяркие белые светодиоды хоть и доступны, но всё ещё дороги по сравнению с индикаторными светодиодами красного и зелёного цвета свечения, поэтому при использовании их в осветительных установках следует уделять внимание качественному питанию светодиодов.

Несмотря на то, что ресурс светодиодов довольно велик, любой светоизлучающий полупроводник очень чувствителен к перегрузкам по току. В результате перегрузок светодиод может сохранить работоспособность, но светоотдача его будет существенно меньше. В некоторых случаях частично рабочий светодиод может служить причиной выхода из строя и остальных, включенных совместно с ним светодиодов.

Чтобы исключить перегрузки светодиодов, а, следовательно, и выход их строя, применяются драйверы питания на специализированных микросхемах. Драйвер питания представляет собой не что иное, как стабилизированный источник тока. Для регулировки яркости светодиодов рекомендуется применять импульсную модуляцию.

Не исключено, что в скором времени производители мощных светодиодов будут встраивать чип стабилизатора тока непосредственно в конструкцию мощного светодиода, по аналоги с мигающими светодиодами (blinking led), в которых встроен чип генератора импульсов.

Светодиод может работать десятки лет, но при условии, что светоизлучающий кристалл не будет сильно нагреваться вследствие протекания тока. В современных мощных светодиодах ток питания может достигать более 1000 mA (1 Ампер!) при напряжении питания от 2,5 до 3,64 вольт. Такими параметрами обладают, например, мощные светодиоды Lumileds. Для отвода избыточного тепла в таких светодиодах применяется алюминиевый радиатор, конструктивно объединённый с кристаллом светодиода. Производители мощных белых светодиодов также рекомендуют устанавливать их на дополнительные радиаторы. Вывод очевиден – хочешь длительной работы светодиода – обеспечь хороший отвод тепла.

При монтаже мощных светодиодов нужно помнить, что теплопроводящее основание светодиода не является нейтральным электрически. В связи с этим необходимо обеспечить электрическую изоляцию оснований светодиодов при монтаже на общем радиаторе.

Так как типовое напряжение питания сверхъярких светодиодов составляет 3,6 вольт, то такие светодиоды можно легко использовать для светодиодных фонариков совместно с аккумуляторными батарейками формата AA. Для питания светодиода понадобятся 3 последовательно включенных аккумуляторных батарейки напряжением по 1,2 вольт. Суммарно напряжение составит как раз необходимое 3,6 вольт. В этом случае не понадобиться никаких преобразователей напряжения.

Всё ещё высокая цена мощных светодиодов связана со сложностью изготовления мощного светодиода. Стоимость современных технологических установок, на которых производят кристаллы мощных светодиодов методом эпитаксиальной технологии, составляет 1,5 – 2 млн. долларов!

Конструктивно мощный светодиод представляет довольно сложное устройство.

На рисунке показано устройство сверхъяркого светодиода Luxeon III фирмы Lumileds, мощностью 5 Ватт.

Как видно из рисунка, современный сверхъяркий светодиод представляет собой сложное устройство, требующее многих технологических этапов при изготовлении.

В настоящее время производители мощных светодиодов пробуют различные технологии изготовления светодиодов с применением различных материалов и компонентов. Всё это направлено на снижение себестоимости светодиодов и обеспечения необходимого качества продукта.

Следует заметить, что мощный светодиод, изготовленный с нарушением технологического процесса и применением некачественных материалов, спустя некоторое время работы теряет свою расчётную светоотдачу. Как правило, такие светодиоды дешевле аналогов. Дешёвые светодиоды в течение первых 4000 часов работы теряют свою яркость на 35%. Связано это с тем, что желтеет эпоксидный материал светодиодной колбы, а также снижается излучающая способность синего светодиодного чипа и нанесённого на него слоя люминофора. У качественных светодиодов за 50 000 часов наработки яркость снижается не более чем на 20%.

Главная &raquo Технологии &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

go-radio.ru

Сверхяркие светодиоды. Характеристики и параметры

На заре эры светодиодов даже несильное свечение элемента казалось прорывом, ведь даже несколько штук, объединенных воедино, практически не расходовали энергию. Время шло, а вместе с ним развивались и подобные изделия. Сегодня уже никого не удивишь сверхяркими светодиодами, которые стали использоваться повсеместно. Но несмотря на их распространенность, люди мало что знают о таких LED-элементах. Сегодняшняя статья исправит это упущение.

Светодиоды повышенной яркости: общая информация

Подобные элементы формально можно разделить на 2 категории. Одни имеют повышенную мощность, другие сконструированы таким образом, что при невысоком потреблении электроэнергии способны выдавать световой поток, который в несколько раз больше, чем у обычных аналогов.

Одними из представителей подобных сверхярких светодиодов являются изделия фирмы Cree. Стоимость подобных чипов довольно высока, что приводит к появлению множества подделок. Особенно отличились на этом поприще китайские производители. Зачастую их изделия поначалу светят даже ярче оригинала, однако фальсификат быстро деградирует. Уже через 10-15 часов беспрерывной работы диод тускнеет вплоть до полного отказа.

Если говорить об SMD-компонентах, то среди них также можно найти сверхяркие светодиоды, но потребляемая мощность у них будет значительно выше, как и габариты. А вот элементы небольших размеров можно найти под маркой Epistar. Довольно неплохое качество и долгий срок службы – вот причины популярности этих светодиодов.

Типы подобных элементов и их характеристики

При изготовлении таких светодиодов применяются определенные полупроводники. Если разделить их по типам, можно выделить 2 основных:

  1. AlInGaP – из него изготавливаются элементы желтого, зеленого, оранжевого и красного цветов.
  2. InGaN – белые, синие, зеленые и сине-зеленые LED-элементы.

Характеристики сверхярких светодиодов позволяют их использовать в совершенно различных областях. Они применяются для освещения цехов, улиц, квартир. Устанавливаются такие элементы и на автомобили в качестве дневных ходовых огней, габаритов или ближнего света фар. Однако последний вариант все больше теряет популярность.

Дело в том, что при работе ультраяркие светодиоды сильно нагреваются. После их установки в корпус фары работать им приходится практически постоянно, что приводит к повышению температуры и быстрой деградации. А вот в качестве габаритов, включаемых лишь в темное время суток, когда на улице значительно прохладнее, они себя зарекомендовали неплохо.

Но самой распространенной областью применения сверхярких светодиодов можно назвать фонари. Такой прибор с установленными в нем элементами, к примеру Cree, способен пробить лучом темноту на расстояние до 2-3 км. При этом его энергопотребление будет оставаться на достаточно низком уровне. Наиболее часто налобные варианты используют рыбаки при ночной ловле – световой поток достигает дна сквозь толщу воды в 3-4 метра.

Применение светодиодов в автомобильной промышленности

Для автомобилей подходят не все LED-элементы. Многим видам необходимо питание всего 2-3 В, в то время как в бортовой сети машины — 12 В. Именно поэтому производитель предлагает специализированные LED-элементы для авто. Здесь главное — понять, куда можно поставить сверхяркие светодиоды в 12 вольт, а куда их монтировать не следует. Ведь если подобные элементы будут стоять на стоп-сигналах, велика вероятность того, что они ослепят водителя идущей сзади машины, а это ни к чему хорошему не приведет. Также не стоит их устанавливать и в подсветку панели – ехать в темное время суток с подобным «тюнингом» будет невозможно.

Приемлема установка сверхярких светодиодов в 12 вольт в фонари заднего хода, габариты, а также в качестве подсветки салона. В этих случаях монтаж подобного оборудования будет оправдан. Возможно включение светодиодов в схему в качестве ближнего света, но в этом случае необходима организация качественного воздушного охлаждения. Примером подобного применения ультраярких элементов служат автомобили Lexus.

Рабочее напряжение LED-элементов

Этому параметру многие уделяют слишком большое значение, не понимая его сути. Дело здесь вот в чем. Если, к примеру, написано, что номинал сверхяркого светодиода — 3 вольта, эта цифра означает всего лишь падение напряжения на нем. Более важным параметром является рабочий ток элемента, который может достигать 1 А.

Что следует учитывать при выборе и монтаже

Выбирая сверхяркие светодиоды для авто или иного применения, стоит обратить внимание не только на заявленные производителем характеристики, но и на внешний вид изделия, качество его изготовления. Часто подделку можно выявить даже при визуальном осмотре невооруженным глазом. На фальсифицированных светодиодах могут быть неровные края, чип под линзой часто располагается несимметрично.

Заниженная стоимость по сравнению со среднерыночной также должна насторожить покупателя. Перед походом в магазин лучше ознакомиться с ценами на официальных сайтах производителей подобной продукции – это убережет от приобретения некачественного товара.

Установка ультраярких светодиодов тоже требует соблюдения определенных правил. Даже при наличии хорошей вентиляции, если есть возможность дополнительного радиатора, это стоит сделать. Для соединения чипа с охладителем следует использовать термопасту.

За и против использования сверхъярких элементов

Как и у любого оборудования, у подобных светодиодов есть сторонники и противники. Согласно проведенным независимой компанией опросам, «против» использования подобных LED-элементов высказалось около 30 % респондентов. Самое интересное, что причиной возникновения негативного отношения стало применение сверхярких светодиодов для фонариков. Люди говорили, что очень вредно, когда таким лучом светят в глаза. Странное мнение поступило от жителей Соединенных Штатов Аамерики, где и проводились опросы по данной теме.

В основном же применение подобных элементов в осветительных приборах имеет больше положительных, чем отрицательных качеств. Конечно, если приобретать качественное, фирменное изделие, стоимость его будет высока, однако и прослужит оно намного дольше, чем низкосортный дешевый диод. Главное в этом вопросе – сопоставить свои возможности с уровнем необходимости подобного приобретения.

Подводя итог вышесказанному

Сверхяркие светодиоды – это действительно вершина развития LED-элементов на сегодняшний день. Не стоит сетовать на то, что стоимость их довольно высока. Как и любые другие устройства, со временем они упадут в цене. Хотя возможно, что инженеры разработают еще какую-нибудь новинку, которая затмит ультраяркий светодиод. Исходя из темпов прогресса во всех технических областях, этого исключить нельзя.

fb.ru

Сверхяркие SMD-светодиоды в корпусе 0805

Неопознанные потому, что в лоте не указаны их характеристики.
В обзоре экспериментальным путём попробую выяснить это, а также переделаю подсветку на экранчике LCD5110.

Светодиоды расфасованы в пять полосок по 20штук, на каждую наклеено по опознавательному кружочку с соответствующим цветом

Полотно фотографий всех светодиодов с двух сторон, под микроскопом.

Все фото развернул так, чтобы катоды (минусовые выводы) были справа.

Белый

Жёлтый

Красный

Зелёный

Синий

Размеры

Небольшие, что-то приблизительно около 2×1.2мм

Проверка

Для большинства светодиодов, как я выяснил, максимальный безопасный ток лежит в пределах 10-15мА.
Сами светодиоды обладают свойством стабилизировать напряжение за счёт уменьшения внутреннего сопротивления, это свойство и помогло выявить рабочее напряжение светодиода.
Методик опознания рабочего напряжения, которое обычно является усреднённым значением, есть несколько.
Например подключить светодиод к регулируемому БП через резистор в 220-680Ом, постепенно поднимать напряжение вверх и наблюдать за напряжением источника и напряжением на светодиоде, которое сначала будет одинаково расти в обоих случаях, затем при достижении определённого значения, появится ощутимая разница, а светодиод при этом будет светить с нормальной яркостью.
Как пример: неизвестный светодиод, включили в цепь через сопротивление 220Ом, подняли напряжение источника до 5В, на светодиоде замеренное напряжение составило 3В, падение на резисторе — 2В.

Другой метод проще: подключить исследуемый светодиод к источнику 12В через резистор 1К, поступаемый ток при этом не превысит безопасных 12мА, и также замерить напряжение на выводах светодиода, оно и будет рабочим, например на том же неизвестном светодиоде напряжение в этом случае будет тоже 3В, а падение на резисторе составит уже 9В.

Подбор резистора под нужный ток

Если было выяснено, что светодиод рассчитан на напряжение 3В, а требуемый для нормального свечения ток 15мА, то резистор подбирается по формуле:

R = падение напряжения на резисторе / ток.

При этом падение напряжения на резисторе можно узнать по формуле:

напряжение источника — напряжение светодиода.

Т.е. если например БП выдаёт 5В, рабочее напряжение светодиода 2В (падение на резисторе 3В), а нужный ток 15мА, то:

R = 5В — 2В / 0,015A = 3В / 0,015А = 200 Ом.

Но поскольку в стандартных наборах резисторов редко можно найти именно рассчитанный номинал, то обычно берут тот, что идёт следующий за ним, например в моём случае оказался номиналом 220 Ом.

Мощность резистора

Необходимо будет ещё сопоставлять расчётную рассеиваемую мощность на резисторе с мощностью самого резистора, чтобы предотвратить его сгорание. Находится рассеиваемая мощность на резисторе по формуле:

P = квадрат падения напряжения на резисторе / номинал резистора.

Т.е. если например БП выдаёт 12В, рабочее напряжение светодиода 2В (падение на резисторе 10В), а сам резистор на 680 Ом., то:

P = 10В * 10В / 680 Ом = 0,147 Вт.

Это значит, что использовать резисторы здесь нужно с мощностью не меньше 0,25 Вт, а популярные SMD-резисторы в корпусе 0805 с мощностью 0,125 Вт — уже не годятся, могут сгореть.

В роли тестовой площадки будет выступать кусочек макетной платы, куда были припаяны по одному светодиоду каждого цвета, катоды (минусовые выводы) соединил проволокой в общий вывод, аноды (плюсовые выводы) оставил по отдельности. Слева направо: белый, жёлтый, красный, зелёный, синий.


На этой анимации просто проверяю их на общую работоспособность (БП 12В, резистор 1К), дабы убедится, что они рабочие и всё правильно припаяно (тестер включен в разрыв цепи). Проверку можно произвести тестером и в режиме прозвонки, однако яркость свечения светодиодов будет значительно меньше

Регулируемого блока питания у меня нет, пришлось городить «огород и костыли» из понижающего преобразователя и двух тестеров. Подстроечник у преобразователя очень чувствительный и точно подобрать значение очень трудно, поэтому значения напряжений на парных скриншотах могут разниться на несколько десятков милливольт, так как тест проходил в два этапа, сначала у всех светодиодов замерил напряжение, потом ток.

Резисторы подбирал, исходя из того, что есть в наличии и чтобы ток был на уровне 12мА или меньше, при таком токе светодиоды светят достаточно ярко без дискомфорта для глаз. Если ток выше, то спустя несколько секунд взгляда на свечение, появляются «зайчики». При подаче 25-30мА, яркость свечения сравнима со сваркой.

Забегая вперёд, отмечу, что светодиоды красного и жёлтого свечения имеют рабочее напряжение в пределах 2В, остальные — в пределах 3В.

12В, СИНИЙ, резистор 1 кОм

12В, ЗЕЛЁНЫЙ, резистор 1 кОм

12В, БЕЛЫЙ, резистор 1 кОм

12В, КРАСНЫЙ, резистор 1 кОм

12В, ЖЁЛТЫЙ, резистор 1 кОм

5В, СИНИЙ, резистор 220 Ом

5В, ЗЕЛЁНЫЙ, резистор 220 Ом

5В, БЕЛЫЙ, резистор 220 Ом

5В, КРАСНЫЙ, резистор 220 Ом

5В, ЖЁЛТЫЙ, резистор 220 Ом

3.3В, СИНИЙ, резистор 22 Ом

3.3В, ЗЕЛЁНЫЙ, резистор 22 Ом

3.3В, БЕЛЫЙ, резистор 22 Ом

3.3В, КРАСНЫЙ, резистор 100 Ом

3.3В, ЖЁЛТЫЙ, резистор 100 Ом

Подключение напрямую без резистора и последствия

Рискованное дело, но вполне применимое, только если напряжение источника — меньше номинального напряжения светодиода, и оно — стабилизированное.

На видео ниже я так и сделал с синим светодиодом (3В), только при этом плавно поднимал напряжение от 0.8В до 5В.

Едва уловимое свечение появилось на отметке выше 1.5В, пиковая яркость — 4В, а при 4.5В — яркость стала спадать, а дальше закипание пространства со стороны катода и сгорание светодиода с последующим выделением резкого запаха.

Перепайка светодиодов на дисплее LCD5110

Имеется в наличии уже многим знакомый экран Nokia LCD5110, широко используемый в самоделках. В продаже эти дисплеи всегда можно встретить с двумя версиями подсветки — либо с голубой подсветкой, либо с белой подсветкой — как раз у меня такой. Однако белая подсветка как по мне — скучновата. Тогда решил удалить старые белые светодиоды и вместо них припаять обозреваемые, например зелёные, под «старину».

Чтобы отделить металлическую часть дисплея от платы, нужно отогнуть четыре выступающие части по углам


К резинке, которая прилегает к контактной площадке, нельзя прикасаться, иначе будет плохой контакт после сборки. Лучше дисплей сразу же отложить далеко в сторону. А на самой контактной площадке были следы, её я протёр ваткой, смоченной в растворе для промывки плат

Как видно, здесь установлено четыре белых светодиода, если обратится к фото повыше, то на каждом установлено по одному SMD-резистору с маркировкой 301 (300Ом)

Феном выпаял эти светодиоды

Паяльником припаял на их место зелёные

Подал напряжение 3.3 В — работает, светятся

Общий потребляемый ток почти 12мА, напряжение на отдельном светодиоде 2.5В, резисторы на 300 Ом применены здесь с хорошим запасом, на них падает 0.8В и менять их не требуется.

До переделки и после переделки

Результатом остался удовлетворён. В данном случае на экран выведены температура и влажность (параллельно экспериментировал со своими шрифтами и выводом графики на экран)

Выводы

Единственное, что может смутить — довольно высокая цена, в других местах за те же деньги можно набрать гораздо больше светодиодов. Также к нареканию конечно стоило бы отнести то, что продавец не указал характеристики, хотя с другой стороны, тот, кто покупает это, обычно знает, как их определить.

Плюсы

— Работают

— Яркие

Минусы

— Монтаж SMD требует аккуратности

— Высокая цена

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

mysku.ru

Сверхъяркий светодиод: определения, история, параметры

Сверхъяркий светодиод – это рекламная уловка, эпитет, на который продавцы заманивают доверчивых покупателей. В действительности обращать внимание полагается исключительно на КПД.

Понятие яркости

Мало изучения характеристик светодиода в данном вопросе, ограничения накладывает физиология человека. Чувствительность глаза к волнам зелёного цвета на порядок превышает аналогичный параметр для красного. Мало вычислить плотность потока мощности, мало убедиться, что тепловой режим не выходит за рамки дозволенного, благодаря хорошему КПД. Требуется наложить получившийся результат на особенности человеческого зрения.

Теперь становится понятно, что заявления фирм-производителей о сверхъярких светодиодах – исключительно рекламный трюк. Полагается оценивать продукт в комплексе, но даже потом помните – дорогой читатель – что когерентное свечение опасно для глаза. Не стоит проверять продукцию на собственном зрении.

На обычную 10-ваттную светодиодную лампочку уже больно смотреть, когда излучающая матрица светит сквозь матовое стекло. Авторы уверены, что любую представленную допустимо назвать сверхъярким светодиодом.

История развития

Большинство диодов работает за счёт эффекта люминесценции, открытой в начале XX века. Считается, что первые светодиод изготовил нечаянно Генри Джозеф Раунд, когда оценивал выпрямляющие свойства карбида кремния. Примечательно, что минерал карборунд на планете Земля практически не встречается, хотя чрезвычайно распространён в звёздных атмосферах.

Яркое освещение

Оттуда и прилетел метеорит, оказавшийся не по зубам Юджину Ачисону в 1891 году. Затея землекопа вполне понятна – он решил, что обнаружил на погибшем астероиде алмазы и захотел втихую продать находку. Но ювелир заметил, что отсутствуют характерные признаки драгоценнейшего камня на планете. Причём произошло это годы спустя.

Карборунд Генри Джозефа Раунда был искусственным. На начало XX века минерал уже научились синтезировать. По твёрдости камень уступает лишь алмазу. Исследуя кристаллический детектор для радио (подбодрённый опытом прочих исследователей, уже заимевших патенты), Генри обнаружил свечение. Он немедленно написал в редакцию журнала Электрический мир и сообщил указанные сведения:

  1. При напряжении 10 В переменного тока начинают светиться образцы карборунда жёлтым.
  2. По мере повышения разницы потенциалов вплоть до сетевых 110 В свечение демонстрируют все подопытные кристаллы.
  3. По мере повышения напряжения в спектре, помимо жёлтого, отмечаются зелёный, оранжевый и синий цвета.
  4. Отдельные материалы светятся лишь с краю, прочие демонстрируют объёмный эффект.
  5. Явление не объясняется термоэлектричеством.

Свечение возникает при прямом смещении p-n-перехода. При большом приложенном напряжении в кристалл проникает немалое число неосновных носителей заряда. Процесс объясняется туннельным эффектом. Когда «заезжие гастролёры» начинают рекомбинировать с основными носителями заряда, излишек энергии превращается в свет. Так объясняется факт, что при низких напряжениях свечения Генри Джозеф Раунд не наблюдал.

Однако не все так просто. Диоды Шоттки – представленный карборундом с металлическими контактами – способны светиться и при отрицательном приложенном напряжении. Схема в точности аналогична, но при значительной разнице потенциалов происходит лавинный пробой перехода. Атомы полупроводника ионизируются разогнавшимися носителями заряда, обратная рекомбинация производится с излучением фотона света.

Внимание! Современные светодиоды излучают исключительно при прямом смещении p-n-перехода, когда на анод подаётся положительный потенциал.

Работы Раунда повторены россиянином Лосевым в 1928 году. Учёный на кристаллическом детекторе сумел получить свечение и установил, что первые образцы светятся лишь при униполярном подключении, а для прочих направление постоянного тока не имеет значения. Попытки осмыслить факт не привели к результату. Но подтвердилось заключение Раунда, что эффект не связан с термоэлектрическим нагревом.

Началом светодиодной эры считают ранние 60-е годы, когда появились первые карборундовые плёнки. КПД первых образчиков оказался потрясающе мал и составлял 0,005%. Причина проста — карбид кремния далеко не лучший материал для изготовления сверхъярких диодов. Последнее неосуществимо на данном этапе технологии.

Какой лучше?

В начале 90-х карборунд исчез с прилавков. Последние голубые светодиоды излучали в диапазоне 470 нм с КПД 0,03%.

Уже в 50-е годы полупроводники из группы AIIBVI были неплохо изучены. Производился постоянный поиск новых технических решений. На свет появились светодиоды из полупроводников класса AIIIBV, на примере которых учителя физики поясняют явление примесной проводимости. Материалы подобного типа искусственного происхождения, в природе не обнаружены. Легируя галлий мышьяком, учёные получали новое поле для исследований. Примеси вводились на подложку жидкофазной или газофазной эпитаксией.

К 1962 году уже появились на лазеры на основе описанного материала. Им пророчили большое будущее в космической отрасли, годились для связи и измерений. Серийный выпуск светодиодов на основе арсенида галлия предприняла компания Texas Instruments. Цена штуки составляла 130 долларов. Сегодня стоимость светодиодов сильно понизилась, и арсенид галлия массово применяется для создания пультов управления, устройств связи и прочего.

Фосфорилированный арсенид галлия

КПД известных материалов оказывался слишком мал для создания сверхъярких светодиодов. Так Холоньяк и Бевака пришли в 1962 году к необходимости фосфорилирования арсенида галлия для улучшения характеристик. Особенностью новых приборов стала высокая когерентность излучения. Это означало, что аппаратуру связи ждут дальнейшие усовершенствования, однородность пучка играет большую роль.

Современные технологии

Прежде речь шла о разработках преимущественно инженеров фирмы IBM, если не считать секретных проектов НАСА. В 1962 году в борьбу включилась знаменитая General Electric. Выращивая кристаллы методом газофазной эпитаксии, инженеры компании добились заметных успехов. Быстро удалось повысить КПД устройств, но когерентность излучения сильно снизилась. Цена Дженерал Электрик вдвое превышала Texas Instruments, партия вышла мизерной.

В 1968 году Монсанто выкупили права и занялись массовым выпуском светодиодов на основе фосфорилированного арсенида галлия. Объем продаж ежегодно рос как минимум вчетверо, но в абсолютном отношении оставался микроскопическим. Появляются наконец первые светодиодные цифровые дисплеи (табло).

Фосфид галлия

Параллельно развивалась технология производства фосфида галлия. Каждая фирма отрасли билась над собственным неповторимым материалом. Фосфидом галлия занялись Лаборатории Белла. Вероятно, это не было продуманной стратегией, фирмы боялись взаимного поглощения. Хотя настораживает факт однотипности.

Светодиоды фосфида галлия позволяли получить жёлтое и красное свечение. Белл Лабс начала разработки заодно с прочими, в начале 60-х. Что наталкивает на мысль о спланированности акции. Первые публикации были независимыми и сделаны лишь двумя учёными (1964 год):

  • Гриммейс;
  • Шольц.

Переходы светодиодов из фосфида галлия, легированные оловом, названы их именами. Получены данные, что оптические свойства сильно улучшаются внедрением примеси азота. Отжигая структуру полупроводника после её выращивания, КПД сумели повысить до 2%. Одновременно производился поиск новых цветовых качеств. Так создали диоды на основе фосфида галлия, дающие зелёный оттенок, КПД составлял 0,6%.

Однако! КПД зелёных светодиодов ниже, но из-за повышенной восприимчивости глаза к зеленому диапазону они казались ярче красных.

КПД светодиода

Чтобы светодиод стал сверхъярким, он характеризуется большим КПД. Логика элементарная. Чем выше ток, тем больше потери на омическом сопротивлении контактов. Следовательно, для получения большой яркости при низком КПД ток предельно повышается. Полупроводник не выдержит и расплавится. Недаром первый лазер работал при охлаждении до 77 К. Помимо физических качеств это обеспечивало надлежащее охлаждение.

Идеальный светодиод с КПД 100% излучает один фотон на каждый инжектированный электрон. Это называется квантовым выходом, равным в идеале единице. В реальном светодиоде эффективность оценивается отношением мощности оптического излучения к току инжекции.

Испущенные фотоны должны уходить в пространство. Для этого по возможности площадь p-n-перехода открывается. В реальности значительная часть фотонов остаётся внутри. Следовательно, каждая конструкция, помимо прочего, характеризуется оптическим выходом. Обычно параметр становится главным лимитирующим фактором, едва достигая 50%.

Под КПД светодиода принято понимать отношение числа испущенных фотонов к подведённой мощности. Обычно на p-n-переходе падает напряжение порядка полутора вольт, а дальше ток повышается по линейному закону. Следовательно, мощность теряется на смещение запирающего слоя, излучение и нагрев омического сопротивления. На начало XXI века нормальным считался КПД светодиода в 4% (учитывая оптический выход).

Чтобы повысить отдачу и получить наконец-то сверхъяркий светодиод, инженеры стали искать новые конструктивные решения.

Повышение эффективности светодиодов

Двойные гетероструктуры

Увеличение светимости диода достигается поддержанием высокой концентрации носителей. Методикой достижения становится создание двойного p-n-перехода. В этом случае излучательный слой окружён полупроводниками иного типа проводимости с обеих сторон, увеличивая площадь заброса неосновных носителей. Конструкция выглядит как 5-слойный сандвич:

  1. В центре находится активный излучательный слой.
  2. С обеих сторон он охватывается полупроводниками, что обусловливает наличие двух запирающих слоёв.
  3. Контакты покрывают наружные полупроводники по всей площади для улучшения растекания тока.

От толщины активной зоны зависит квантовый выход. График нелинейный и демонстрирует ярко выраженный пологий или скошенный горб. Соответственно, значение толщины требуется выбирать из его пределов, составляющих десятки микрон. Опыты показывают, что повышения квантового выхода добиваются слабым легированием активной области. Количество атомов примеси не превышает десяти в семнадцатой степени единиц на кубический сантиметр. В целом процесс сравнительно слабо изучен.

Увеличение инжекции достигается легированием крайних слоёв. Концентрация примеси здесь, как минимум, на порядок ниже, чем в предыдущем случае, либо в аналогичное количество раз выше. Хотя барьерные и активный слои по определению представлены разными материалами, важно, чтобы их кристаллические решётки оказывались идентичными по структуре. С увеличением рассогласования квантовый выход резко падает.

vashtehnik.ru

Что такое светодиоды сверхяркие?

Подробности

В настоящее время светодиоды становятся все более и более популярные. Именно благодаря наличию большого количества преимуществ многие современные осветительные приборы оснащаются именно такими диодами. Они постепенно завоевывают все более прочные позиции на мировом рынке.

светодиоды сверхяркие стоят особняком, потому что они характеризуются очень высоким уровнем яркости свечения, а также довольно обширным углом рассеивания. Благодаря всему этому и чистому спектру света, который излучается, они обеспечивают оптимальное свечение. В них содержится большое количество достоинств от разнообразных источников освещения.
Можно отнести к мощным светодиодам изделия, которые пропускают через кристалл электрический ток с показателем в 350 мА и выше. Современные сверхяркие светодиоды работают с меньшим током, значения которого варьируются в пределах от 30 до 50 мА.
Во время изготовления таких диодов используются наиболее стойкие к высоким температурам и надежные материалы. Таким образом, удается добиваться высоких качественных результатов. Использование надежных компонентов гарантирует их долговечность и качество. В целом, устройство таких диодов очень схоже с обыкновенными выводными изделиями данного типа.


Новое поколение приборов для освещения, которые работают на таких диодов, активно используется в разнообразных мобильных устройствах, системах подачи информации, приборах сигнального типа, активных дорожных знаках, указателях на улицах, световой рекламе, дисплеях и так далее. Можно сказать, что область применения таких диодов является более чем обширной. Благодаря огромному ассортименту всегда можно подобрать оптимальный вариант для использования в том или ином месте.
Наверняка в будущем практически все приборы освещения будут оборудоваться такими сверхяркими приборами, потому как они отличаются максимально высоким уровнем надежности и эффективности. При очень высокой мощности освещения они потребляют минимальное количество электрической энергии, что в настоящее время является очень важным достоинством. Ведь цены на энергоносители постоянно увеличивается, возрастают сумму в коммунальных платежках. Поэтому очень важно быть готовым ко всему этому и использовать качественные светодиоды. Также среди их преимуществ стоит отметить длительный эксплуатационный срок, максимальную светоотдачу. Благодаря всему этому данный тип светодиодов становится все более популярным и востребованным. Источники света на его основе активно получают широкое распространение.
На нашем сайте вы можете приобрести самые качественные сверхяркие светодиоды, которые отвечают всем современным требованиям и нормам качества. Широкий ассортимент сможет удивить практически каждого, даже наиболее искушенного потребителя. Также стоит отметить и привлекательные цены. Они хорошо сочетаются с качеством, что заставляет многих приобретать эти изделия именно у нас. Можно приобрести сверхяркие светодиоды разных цветов, что очень важно, потому что в разных случаях могут понадобиться разнообразные типы диодов. Кроме приятных цен стоит отметить и простоту использования сайта, заказа и оперативную доставку, что очень удобно.

Добавить комментарий

tadgikov.net

Светодиоды CREE: виды, характеристики, выявление подделок

Заинтересованность крупных компаний в снижении расходов на электроэнергию заставляет их задуматься о перераспределении бюджета на осветительные приборы. Светодиоды CREE могут стать хорошим подспорьем для повсеместного внедрения экономичных и долговечных источников освещения.

Описание

Американская компания CREE с 1987 года активно занимается исследованием и производством полупроводниковых осветительных приборов, и в настоящее время является одним из крупнейших производителей мощных светодиодов в мире.

Светодиоды CREE производятся по технологии выращивания излучающей структуры на кристалле карбида кремния, что в свое время стало инновационным прорывом компании (до этого известные способы производства предполагали использование сапфира). Такой подход позволил не только удешевить производство, но и снизить тепловое сопротивление подложки.

Применение

Светодиоды CREE могут использоваться в первую очередь там, где требуется получить высокую яркость свечения при минимальных затратах энергии: железнодорожный транспорт, автомобильная промышленность, уличное освещение в крупных городах и т.д.

Классификация

В общем случае светодиоды CREE можно разбить на две группы: мощные под названием XLamp и сверхъяркие – High-Brightness.

Светодиоды XLamp делятся на следующие подгруппы:

  • ML – мощность от 0.25 до 1.6 Вт. Предназначены, в основном, для дежурной подсветки небольших помещений;
  • MX – мощность от 2 до 4 Вт. Используются при подсветке жилых помещений;
  • XB – мощность 3-5 Вт. Сфера применения достаточно широка – от портативных фонарей до подсветки больших складских помещений;
  • XH – керамические LED мощностью от 0.6 до 1 Вт. Благодаря высокому показателю отношения световой поток/мощность (150-180 Лм/Вт) могут использоваться при освещении домов, офисов и т.д;
  • XHP35 – мощные (13 Вт) светодиоды. Предназначены для направленного излучения, например, при световой сигнализации на дорогах и подсветке парковок;
  • XM – мощность 10 Вт. Используются в портативных фонарях и фарах;
  • XP – самая обширная линейка. Мощность от 2 до 10 Вт. Производятся как белые, так и цветные. Ввиду многообразия моделей, могут использоваться практически в любом приложении;
  • XQ – миниатюрные LED мощностью от 1 до 3 Вт. Выпускаются как в белом, так и в цветном исполнении. Используются для ночной подсветки архитектурных сооружений, а также теплиц и крупногабаритного транспорта;
  • XR – белые и цветные диоды мощностью от 2 до 4 Вт. Предназначены для подсветки ночных зданий, транспорта, концертных площадок;
  • XT-E – led мощностью 5 Вт. Выпускаются в белом и синем исполнении. Сфера применения достаточно широка – от бытовых фонариков до подсветки складов и жилых помещений.

В семействе XT-E существует модификация XT-E High-Voltage White, рассчитанная на работу при повышенном напряжении питания (48 В). Ее мощность составляет 3.5 Вт, и она может служить заменой, например, 48 – вольтовым галогенным лампам.

Ниже представлен модельный ряд наиболее распространенных светодиодов XLamp:

Сверхъяркие светодиоды High-Brightness делятся на следующие группы:

  • Р2 Oval 4-mm – цветные, представленные в красном, синем и зеленом исполнении. Предназначены для использования в различных RGB – устройствах, например, для подсветки мониторов и биллбордов;
  • P2 Oval 5-mm – цветные светодиоды, разработанные специально для использования в LED-модулях типа «бегущая строка» и различных информационных указателях на дорогах, в аэропортах и т.д. Представлены в красном, зеленом, синем и желтом (янтарном) цветах;
  • P2 Round 5-mm – здесь представлены как цветные, так и белые, предназначенные для работы в условиях повышенной влажности и при перепадах температуры, поэтому могут использоваться на открытом воздухе. Цветные светодиоды доступны в красном, синем, зеленом и желтом цветах. Белые светодиоды разделяются на два типа: cool white и warm white, то есть холодный и теплый оттенки;
  • SMD – цветные и белые светодиоды в корпусе для поверхностного монтажа. Имеют маркировку типа CLx. Цветные LED можно разделить на single-color, то есть имеющие одну пару анод-катод и светящиеся одним цветом, и full-color, которые имеют три пары анод-катод и представляют собой, по сути, три разноцветных (RGB) светодиода в одном корпусе. Белые светодиоды, аналогично выводным LED типа Р2 Round, имеют разновидности cool white и warm white;
  • P4 – белые и цветные светодиоды, предназначенные для создания направленного излучения, поэтому могут быть использованы при подсветке вывесок магазинов, сигнальных фонарей транспорта и др.

Внешний вид светодиодов High-Brightness показан на рисунке ниже:

Подделки CREE

Успех компании CREE спровоцировал появление на рынке большого количества подделок ее продукции. Технические характеристики таких копий заметно уступают оригиналу:

  1. Соотношение световой поток/мощность (Лм/Вт) ниже.
  2. Кристалл сильнее нагревается.
  3. Кристалл быстрее деградирует из-за повышенного нагрева.

Все это приводит к тому, что количество часов наработки снижается на порядок (15-20 тыс. часов против оригинальных 50-100 тыс.).

На фото ниже представлены для сравнения оригинальный CREE XM-L и подделка от получившей довольно большую «известность» в деле подделывания светодиодов CREE китайской компании Latticebright.

Визуально сразу можно обратить внимание на то, что размер кристалла подделки меньше оригинального. Также у оригинального токопроводящие дорожки утоплены внутрь монтажной платы, поэтому не так заметны.

На фото выше: слева расположен оригинальный CREE XP-E, справа – подделка. У оригинала можно заметить внутри линзы выемки, которых нет у копии. Опять же, размер кристалла у CREE больше.

На ролике ниже демонстрируется разбор фары с поддельным светодиодом XM-L2 и последующее визуальное сравнение с оригиналом – заметна разница в размерах корпуса и кристалла:

На фото ниже наглядно представлены световые пятна оригинального (справа) и поддельного светодиодов:

Подключение

Для светодиодов CREE необходим источник питания напряжением 9-12 В (типовые значения), хотя возможно использование и более высоких напряжений, — главное правильно подобрать проходящий через диод ток. Подключать светодиоды следует параллельно, используя гасящие резисторы. Схема включения представлена на рисунке ниже.

Номиналы резисторов рассчитываются исходя из напряжения источника и потребляемого светодиодом тока.

Последовательное включение мощных светодиодов приводит к неравномерному распределению напряжения на них и, соответственно, неравномерному их износу, в результате чего из строя выходит вся цепь.

Плюсы и минусы светодиодов CREE

Основными достоинствами светодиодов являются их низкое энергопотребление и длительный срок службы — производитель гарантирует 100 000 часов работы, что составляет 50 жизненных циклов обычной лампы накаливания (или около 5 – для люминесцентной лампы).

Из минусов можно отметить высокую стоимость светодиодных светильников – при мощности 45 Вт их стоимость составляет от 2000 р без учета стоимости блока питания, при том, что аналогичные светильники на люминесцентных лампах стоят от 400 до 700 р. Хотя следует отметить, что по соотношению цена/качество светодиоды CREE не имеют аналогов.

Еще одним недостатком светодиодов является специфичный характер спектра их свечения, неприятный некоторым людям. Этот недостаток дополняется еще тем фактом, что они дают направленное излучение, то есть для получения привычной освещенности в помещении потребуется больше светильников, чем при использовании традиционных источников освещения.

Третий недостаток заключается в том, что для стабильной работы светодиодных светильников требуются источники питания и охлаждения, стоимость которых сопоставима со стоимостью самих светильников. Таким образом, срок окупаемости светодиодной техники составляет порядка нескольких лет.

Сравнение светодиодов CREE

Ниже представлена сравнительная таблица некоторых моделей светодиодов семейств XP (мощность 5 Вт для XP-G2 и 10 Вт для XP-L) и XPh45 (мощность 13 Вт). При сравнении учитывались относительные размеры, максимальный световой поток и относительная стоимость.

Также имеется диаграмма сравнения светового потока для самых популярных светодиодов серий XM, XP, XR:

Светодиодные сборки и ленты CREE

Кроме дискретных светодиодов, компания CREE производит сборки и ленты.

Светодиодная сборка – это интеграция нескольких кристаллов в один корпус для повышения мощности и интенсивности излучения. Типичные представители этого класса изображены ниже:

Мощность таких сборок может достигать 32 Вт (XLamp XHP70) при световом потоке в 4022 Лм.

Светодиодные ленты CREE построены на основе светодиодов типа CXA, характеристики некоторых приведены ниже:

Существует также второе поколение LED этого типа под маркировкой CXB. Они характеризуются более высоким отношением световой поток/мощность при тех же размерах.

Резюме

Ассортимент продукции CREE стремительно пополняется, — несколько лет назад модельный ряд XLamp был в несколько раз меньше. Это говорит о том, что продукты компании пользуются большим спросом, а масштабы производства подделок могут это подчеркнуть. Благодаря экономичности и качеству за приемлемую цену, продукты компании CREE обещают стать эффективной заменой традиционных источников освещения в будущем.

 

ledno.ru

Сверхяркие светодиоды на 12 вольт

Если бы человечеству было невыгодно использование светодиодов, то о них бы знал только ограниченный круг ученых. Но источник с принципиально новым видом излучения оказался весьма эффективным. Со временем маленькие кристаллики стали объединять по несколько штук в одном корпусе, научились также выращивать супер кристаллы увеличенных размеров. В результате получили ультраяркие светодиоды, или, как их еще называют, сверхяркие светодиоды, с широчайшими возможностями применения.

Сам по себе элементарный светодиод рассчитан на напряжение на более 3-5 Вольт. Его характеристики дают возможность применять такой элемент в целях индикации и для декоративного освещения. Однако ученым удалось разработать более мощные приборы, используя ряд ухищрений. Так на свет появились сверхяркие супер светодиоды на 12 Вольт. Применяя драйвер, устройство на 12 Вольт можно подключать к более высокому напряжению, в том числе к сети 220 Вольт.

Импульсное изменение яркости

Главным достоинством, которым обладает сверхъяркий супер светодиод на 12 вольт, являются его малые энергетические аппетиты и одновременно с этим яркий свет. Дополнительное преимущество – контролируемое изменение яркости светодиодов, для чего применяют контроллер. Получается, что прибор, в котором используются сверхяркие светодиоды, может уменьшить или увеличить интенсивность своего излучения.

Чтобы управлять яркостью светодиодов, применяют широтно-импульсную модуляцию. При таком методе уменьшить яркость можно, периодически выключая лампочку. Лампа пульсирует, и параметры пульсации будут определять интенсивность ее свечения.

Этот принцип работы позволяет расширить возможности светодиодов повышенной яркости. В итоге мы получаем функциональные:

  • фонарики;
  • автомобильные фары;
  • световую сигнализацию;
  • домашние светильники.

Заметим, что в сигнализации применяют мигающий светодиод на 5, 12 и даже 14 вольт, помогающий привлечь внимание к витринам, прилавку или окошку кассы. Используют также низковольтные приборы. Мигающий светодиод устроен несколько иначе, чем обычная индикаторная лампочка. В корпус, где находится кристалл, помещен чип импульсного генератора.

Чаще всего суперяркие светодиод на 12 вольт заменяют галогенные лампы, дающие направленный свет. Именно поэтому, производя лампы с использованием светодиодов, им делают стандартный цоколь E14, GU10 и некоторые другие.

Важные характеристики

Все суперяркие источники имеют такие же световые характеристики, как обычные светодиоды:

  • световой поток;
  • яркость;
  • светоотдача;
  • освещенность

Устанавливая 12-вольтную светодиодную лампу на тот или иной прибор, необходимо понимать, что ее эффективность зависит от длины волны излучения или, проще говоря, от цвета. Вот таблица, в которой приведена зависимость.

Цвет сверхъяркого светодиода Эффективность (Люмен/Ватт)
Красный 72
Оранжевый, желтый 98
Зеленый 93
Голубой 75
Синий 37

Но изучая эти характеристики, не каждый человек сможет понять, какой именно прибор ему подойдет. Гораздо легче определиться, глядя на электрические параметры: напряжение, максимальный прямой ток, мощность прибора.

Помимо этого существуют и другие характеристики. Суперяркие светодиоды могут быть созданы на основе одного кристалла или быть многокристальными. Такие характеристики, как длина волны и цветовая температура, отвечают за цвет свечения. Важные параметры – угол свечения, размер корпуса и количество светодиодов в одной лампе.

Разработка новых моделей привела к тому, что появилась еще одна отличительная черта – форма корпуса. Популярным корпусом для ультроярких светодиодов на 12 вольт является «пиранья», имеющая четыре вывода. Существуют также модели с двумя выводами и модели, предназначенные для поверхностного монтажа.

Каждой модели прибора соответствует своя таблица параметров, заглянув в которую можно выяснить особенности работы этого прибора.

Несколько предостережений

Главной проблемой при производстве суперярких светодиодов является проблема теплоотвода. Светодиоду нельзя перегреваться, иначе интенсивность освещения необратимо уменьшится. Особенно перегреву подвержены суперяркие приборы большой мощности, поэтому при самостоятельном монтаже необходимо обеспечивать их охлаждение с помощью радиатора.

Повышенное внимание обращайте на электрические параметры, не допуская подключения к напряжению, которое выше указанного в инструкции, и обеспечивая только допустимый ток. Таким образом, суперяркие источники смогут светить максимально долго.

Аккуратно обращайтесь с медными выводами, поскольку их перегиб или сильная деформации приведет к тому, что мощность сигнала изменится.

le-diod.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о