Ультрафиолетовые светодиоды-Сфера применения
Ультрафиолетовые светодиоды за последние несколько лет достигли огромного роста. Это не только результат технологических достижений в производстве твердотельных УФ-устройств, но и все возрастающий спрос на экологически безопасные методы производства УФ-излучения, в котором в настоящее время доминируют ртутные лампы.
Нынешнее предложение ультрафиолетовых светодиодов на рынке оптоэлектроники состоит из продукта от 265 до 420 нм с различными стилями упаковки, включая сквозное отверстие, поверхностное крепление и COB (чип-борт). Существует множество уникальных приложений для УФ-излучателей; однако каждый из них сильно зависит от длины волны и выходной мощности. В общем, ультрафиолетовый свет от светодиодов можно разделить на 3 общие области. Они классифицируются как УФ-А, УФ-В и УФ-С.
Понятие ультрафиолетовые светодиоды и меры предосторожности
Применения
«Верхние» устройства типа UVA доступны с конца 1990-х годов.
За последние несколько лет «средний» компонент светодиодных компонентов UVA показал наибольший рост. Большинство применений в этом диапазоне длин волн (приблизительно 350 нм – 390 нм) предназначены для УФ-отверждения как коммерческих, так и промышленных материалов, таких как клеи, покрытия и краски. Светодиоды обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями отверждения, такими как ртуть или флуоресцентные из-за повышенной эффективности, снижения стоимости владения и миниатюризации системы.
Хотя стоимость этого диапазона длин волн значительно выше, чем верхняя область UVA, быстрые успехи в производстве, а также увеличение объемов неуклонно снижают цены. «Нижний» UVA и «верхний» диапазоны UVB (приблизительно 300 нм – 350 нм) являются самым последним введением на рынок. Эти устройства предлагают возможность использования в различных приложениях, включая УФ-отверждение, биомедицинскую, ДНК-анализ и различные типы зондирования. Существует значительное перекрытие во всех 3 спектральных диапазонах ультрафиолетового излучения; поэтому необходимо учитывать не только то, что лучше всего подходит для приложения, но и то, что является наиболее экономичным решением, так как более низкая длина волны, как правило, выше, чем стоимость светодиодов.
«Нижний» UVB и «верхний» диапазоны UVC (приблизительно 250 нм – 300 нм) – это область, которая все еще очень в зачаточном состоянии, однако есть большой энтузиазм и спрос на этот продукт в системах очистки воздуха и воды.
В настоящее время существует только несколько компаний, способных производить УФ-светодиоды в этом диапазоне длин волн и даже меньшее количество, которые производят продукт с достаточными жизненными, надежными и эксплуатационными характеристиками. В результате затраты на устройства в диапазоне UVC / B все еще очень высоки и могут быть дорогостоящими в некоторых приложениях. Внедрение в 2012 году первой коммерческой системы дезинфекции на основе светодиодов UVC помогло продвинуть рынок вперед, где многие компании теперь серьезно подсматривают продукты на основе светодиодов.
Общий вопрос, связанный с ультрафиолетовыми светодиодами, заключается в следующем: представляют ли они какие-либо риски для безопасности?
Как описано выше, существуют различные уровни УФ-излучения. Одним из наиболее часто используемых и знакомых источников для производства УФ-излучения является «черная лампочка». Этот продукт используется в течение десятилетий, чтобы произвести светящееся или флуоресцентное воздействие на определенные типы плакатов, а также для других применений, таких как аутентичность картин и валюты.
UVC и большая часть спектра UVB света в основном используются для бактерицидных и стерилизационных целей. Свет, создаваемый на этих длинах волн, не только вреден для микроорганизмов, но и опасен для людей и других форм жизни, которые могут соприкасаться с ним. Эти светодиодные лампы всегда должны быть экранированы и никогда не должны быть видны невооруженным глазом, хотя может показаться, что свет или свет отсутствуют от устройства.
Все УФ-устройства должны иметь предупреждающие надписи, аналогичные этикетке, показанной ниже (предоставляется Marktech Optoelectronics). Кроме того, перед покупкой светодиодов UVC или UVB многие производители требуют, чтобы каждый клиент подписывал документ, в котором они понимали и соглашались с мерами предосторожности в отношении использования и обработки этих продуктов.
Ультрафиолетовые светодиоды
Области применения светоизлучающих диодов не ограничиваются видимой областью спектра. Для получения коротковолнового электромагнитного излучения используются ультрафиолетовые светодиоды.
Ультрафиолетовые (УФ) лучи – это электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 10 нм до 400 нм, что соответствует области спектра между рентгеновским излучением и видимым светом. Ультрафиолет присутствует в излучении солнца, однако лучи с длиной волны менее 300 нм практически полностью поглощаются озоновым слоем Земли.
Области применения
Сферы использования УФ излучения различны: медицина, промышленность, криминалистика, детекторы подлинности, УФ принтеры и пр.
Одним из примеров применения УФ в медицине, а в частности в стоматологии, является всем известная световая пломба. Она изготавливается из специального композита, который твердеет под действием УФ излучения.
Метод УФ отверждения широко используется и в промышленности. Существуют различные компаунды и клеи, которые полимеризуются под действием УФ лучей, тем самым ускоряя цикл производства, по сравнению с веществами, которые необходимо длительное время выдерживать на воздухе для полного отверждения. На этом же принципе работают УФ принтеры, только вместо компаунда – УФ-отверждаемая краска.
Способность УФ излучения убивать бактерии и другие микроорганизмы обуславливает его применение для целей дезинфекции. Метод очистки воды с использованием ультрафиолета позволяет без влияния на ее вкусовые свойства (в отличие от хлора) умертвить бактерии и вирусы.
Для дезинфекции воздуха в помещении используются так называемые «кварцевые» лампы, которые излучают в диапазоне 205—315 нм.
Криминалистам ультрафиолет помогает обнаруживать следы крови в помещении и на одежде преступников. Для обличения взяточников денежные купюры метят специальной краской, видимой только при ультрафиолетовом свете.
Источники ультрафиолета
Традиционно для получения ультрафиолетового излучения использовались ртутные газоразрядные лампы, однако в настоящее время их постепенно вытесняют УФ светодиоды. Пока это касается только ближней области УФ диапазона 300…400 нм. Однако в лабораторных условиях уже получены светодиоды с длиной волны 210 нм и исследования в этой области продолжаются.
Принцип действия ультрафиолетовых светодиодов такой же, как у светоизлучающих диодов, работающих в видимой области спектра, но для их изготовления применяются такие материалы как нитриды алюминия галлия индия, а также нитрид бора.
В ближней области ультрафиолетового диапазона, граничащей с видимым светом, светодиоды уже стали достаточно дешевы, и уже несколько лет в широкой продаже можно встретить различные УФ фонари, которые излучают ультрафиолет длиной волны 365-395 нм, а также детекторы подлинности денежных банкнот и прочие световые приборы.
УФ светодиоды могут быть выполнены как в стандартных корпусах индикаторных светодиодов при малой мощности (рисунок 1), так и в корпусе «эмиттер» (рисунок 2) для мощностей 1 и 3 Вт, а также в других стандартных корпусах (рисунок 3), использующихся при производстве мощных светодиодов.
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 2
Диапазон длин волн УФ светодиодов в широком доступе обычно составляет 365…410 нм.
Электрические параметры УФ светодиодов близки к параметрам белых:
- прямое падение напряжения 3…4 В;
- номинальные рабочие токи — 20 мА (для маломощных), 350 и 700 мА и больше (для мощных).
Стандартные токи позволяют использовать стандартные источники питания при разработке и изготовлении ультрафиолетовых световых приборов.
Обзор УФ светодиода 365 нм.
Обзор ультрафиолетового светодиода 365 нм.
Обязательно посмотрите видео на каналах (есть тематические плейлисты):
https://www.youtube.com/channel/UCn5qLf1n8NS-kd7MAatofHw
https://www.
youtube.com/channel/UCoE9-mQgO6uRPBQ9lsPZXxA
Мой канал на Яндекс Дзен zen.yandex.ru/id/5c50c2abee8f3100ade4748d
Обновлённую версию этой статьи с комментариями можно почитать на Дзен.
Видео с этим светодиодом, в котором присутствует сравнение последствий воздействия ультрафиолета и синего света на полиуретан, проверка светодиода на 365 нм, свечение хинина в Schweppes Индиан Тоник и невидимых красок под УФ:
Обновлённую версию этой статьи с комментариями можно почитать на Дзен.
Рекомендую посмотреть ещё несколько статей и обзоров:
«Как проверить защиту очков от ультрафиолета»;
«Развенчиваем полумиф о том, что оконное стекло не пропускает ультрафиолет»;
«Тушение фосфоресценции»;
«Обзор мультиметра Victor 88E с разборкой»;
«Обзор качественной светодиодной лампы Navigator 18 Вт Е27».
Несколько видео, которым не помешают просмотры:
Проверка светодиодной ленты
Светодиодная лента состоит из множества LED-устройств, объединённых в небольшие участки.
Светодиоды расположены последовательно внутри участков, а участки – между собой. За счёт этого обеспечивается возможность отрезания ленты нужной длины. Чтобы проверить светодиодную ленту, нужно подать ток на провода питания. Здесь всё просто – лента горит, значит, она исправна
. Если при подаче питания не загорается вся лента, необходимо проверить с помощью мультиметра сопротивление подводящих проводов на предмет наличия обрыва.
Если при подключении питания к светодиодной ленте не загораются отдельные группы светодиодов, необходимо прозвонить их отдельно. В такой ситуации нужно проверять их отдельно по резистору, который монтируется в схеме перед каждой группой. Ориентиром для проверки должно служить номинальное значение сопротивления.
Электрические параметры светодиодов
Первым делом заметим, что светодиод характеризуется тремя электрическими параметрами (световые характеристики мы рассматривать не будем):
1) падение напряжения, измеряемое в вольтах.
Когда говорят 2-х вольтный или 3-х вольтный светодиод, то это имеется в виду данный параметр;
2) номинальный ток. Часто его значение приводится в справочниках в миллиамперах. 1 мА = 0,001 А;
3) мощность рассеяния – это мощность, которую способен рассеять (выделить в окружающую среду) полупроводниковый прибор не перегреваясь. Измеряется в ваттах. Значение данного параметра с высокой точностью можно определить самостоятельно, умножив ток на напряжение.
В большинстве случае достаточно знать два первых параметра, а то и вовсе только номинальный ток.
Условно я выделил два основных способа, с помощью которых можно с высокой долей вероятности узнать или определить указанные параметры. Первый способ – информационный. Это наиболее быстрый и простой способ. Одна он не всегда дает положительный результат. Второй способ, нам – электронщикам, более интересный. Я назвал его «электрический», так как ток и напряжение будут определяться с помощью мультиметра (тестера). Рассмотрим подробно оба варианта.
Практическая часть: проверка различных светодиодов
С проверкой одиночного элемента все понятно: необходимо просто подать напряжение (значение должно быть немного выше напряжения падения) на ножки светодиода. Это можно сделать при помощи тестера: на его контактах есть напряжение порядка 5 вольт и ограничитель тока в виде внутренних резисторов. Таким образом, проверяется исправность, но не соответствие рабочим параметрам.
Если надо протестировать характеристики, потребуется специальный прибор для проверки светодиодов. Он должен состоять из регулируемого источника питания (регулировка по току и напряжению), вольтметра, амперметра и люксометра (для замера яркости свечения).
Такие приборы есть в продаже, или изготавливаются самостоятельно (это объемный материал для отдельной статьи). Но проверка одиночного элемента, как правило, нужна перед его установкой. В основном диоды проверяют в устройствах.
Как проверить гирлянду на светодиодах?
В первую очередь, визуально.
Если последовательные LED элементы имеют защиту от неисправности, при перегорании одного диода он переходит в режим короткого замыкания. То есть, ток через него протекает, но он не светится.
Если такой опции нет, проверяется последовательная цепь. Необходимо соединить один щуп мультиметра к плате управления гирляндой на светодиодах, и последовательно проверять цепь после каждого элемента (соблюдая полярность).
Место обрыва цепи – это неисправный элемент. Его можно затем проверить отдельно, для достоверности.
Как проверить светодиоды в светодиодной лампе?
Как правило, внутри светильника расположена матрица из множества LED элементов. Они соединены последовательно, и подключены к общему блоку питания (драйверу).
Проверить СМД светодиод можно, не выпаивая его из монтажной платы. Для этого просто подключаем щупы мультиметра в режиме прозвонки. Исправные элементы будут светиться. Проверяем светодиоды в лампе — видео