Светодиодов: Светодиоды, как их делают

Содержание

Светодиоды, как их делают

Светодиод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Уже в 2007 году, в одном из докладов на пекинской конференции Международной Комиссии по Освещению, была особо отмечена важность экономичности и экологичности как уже используемых, так и еще только разрабатываемых, более совершенных светотехнических изделий.

Первоочередной акцент был сделан докладчиками на более рациональное и эффективное использование света. И это вовсе не было призывом как-то уменьшать освещенность. В качестве одного из важнейших шагов к данной цели выделяется разработка и внедрение энергетически более эффективных и экологически безопасных источников света — светодиодов.

Высокотехнологичная отрасль

Светодиоды — это полупроводниковые электротехнические изделия, предназначенные для получения света благодаря проходящему через p-n-переход электрическому току. Но ведь не каждый p-n-переход излучает свет.

Чтобы получить свет от полупроводника, необходимо соблюсти определенные условия: запрещенная зона перехода на полупроводнике должна иметь такую ширину, чтобы энергия получаемых квантов оказалась близка к энергии квантов света видимого диапазона, при этом вероятность излучения в процессе рекомбинации электронно-дырочных пар должна получиться высокой.

Для соблюдения названных условий, изготавливаемый кристалл должен иметь минимум дефектов, приводящих к рекомбинации электронов с дырками без излучения. Этого достичь не просто, одного p-n-перехода будет недостаточно, приходится создавать многослойные полупроводниковые структуры — гетероструктуры, положившие, кстати, в свое время начало новому этапу на пути развития технологии производства светоизлучающих диодов.

Создание светодиодов сопряжено с определенными препятствиями, ведь эта светотехническая отрасль все время развивается, и определенных устоявшихся регламентов в ней до сих пор не существует.

Процесс производства светодиодов, а также способы их непосредственной эксплуатации, до сих пор не подчиняются каким-то общим документам, поэтому каждый крупный производитель вырабатывает собственные принципы отбора надлежащей продукции.

Международных соглашений нет. И даже несмотря на то, что за последние годы уже достигнуты некоторые очень позитивные результаты, единых требований к led-технике по-прежнему не выработано. И сейчас вы все поймете, поскольку далее мы рассмотрим поэтапно технологию производства светодиодов.

Формирование кристалла

Кристалл светодиода выращивается. Ключевой процесс во всей этой цепочке называется металлоорганической эпитаксией, при которой реализуется ориентированный эпитаксиальный рост кристалла на подложке.

Полупроводник выращивается путем термического пиролиза (разложения) металлорганических соединений, в которых содержатся нужные химические элементы. Тут обязательно присутствие чистых газов, наличие которых обеспечивается современными установками.

Выращиваемый слой должен иметь определенную толщину, которая контролируется в ходе процесса эпитаксии. При этом структура на поверхности подложки должна получиться однородной.

Надежные и качественные установки для осуществления эпитаксиального роста стоят очень дорого, а процесс получения материалов высокого качества для производства качественных светодиодов длится не один год.

Изготовление чипов

Для получения чипа, выращенный на подложке кристалл подвергают травлению, затем создают контакты и нарезают полученный образец на кусочки. Это называется «планарная обработка пленок». Одну целую пленку разрезают на тысячи маленьких чипов.

Сортировка чипов

Сортировка нарезанных чипов называется биннированием. Бины — это группы. Сортировка очень важна, но о ней часто забывают, разбирая процесс создания светодиодов.

Суть в том, что при любом производстве важно произвести отбор качественной продукции, а также отсортировать продукт по параметрам, по определенным критериям, что особенно важно для светодиодов. На стадиях эпитаксии, и после нарезки, невозможно получить тысячи абсолютно идентичных по характеристикам кристаллов (чипов).

Так или иначе их характеристики будут разниться, и окажутся в некотором достаточно широком диапазоне параметров. Именно поэтому чипы необходимо отсортировать по характеристикам в группы (бины), чтобы в каждой группе были чипы с определенным значением какого-то параметра, подходящие под требования диапазона той или иной группы: по длине волны, по напряжению, по световому потоку и т. д.

В результате биннирования светодиоды будут разделены по областям применения и даже по наименованиям. Одни пойдут на одни цели, другие — на другие. Круг потребителей продукта расширится.

Почти готовый светодиод

Непосредственно готовый светодиод получается на заключительном этапе технологической цепочки. Здесь создается корпус будущего источника света, припаиваются выводы, подбирается подходящий люминофор. Выбирается оптическая система, форма и параметры линзы.

Линзы изготавливают из различных материалов (эпоксидная смола, пластик, силикон). В зависимости от требований выбирают материал оптической системы. Требования очень широки, ведь именно оптическая система будет играть решающую роль в том, как будет направлен световой поток, каким будет телесный угол и т. д.

Особенности линз

Линзы должны быть по возможности максимально прозрачными, пропускать свет во всем видимом диапазоне. При этом линза должна хорошо приклеиться к материалу печатной платы, быть термостабильной на протяжении всего срока службы. Это значит, что линза не должна пострадать от излучения кристалла и химического воздействия люминофора, если он применен.

Процесс производства светодиодов на заводе ОПТОГАН:

Светодиоды

Светодиоды не зря считаются лучшими источниками света. Они отличаются малой потребляемой мощностью, отсутствием вредных компонентов, таких как ртуть, безопасным напряжением питания, высокой надежностью, компактностью и другими полезными качествами.

Именно светодиоды позволяют строить системы освещения и осветительные приборы самых разных форм и размеров, при этом высокого качества: прожекторы, светодиодные ленты, светильники, лампы, панели и т. д.

Неоспоримо одно — светодиодное направление в светотехнической отрасли динамично развивается во всем мире. Технология является предметом внимания высококлассных специалистов и ученых из многих стран. В ближайшем будущем однозначно будут достигнуты еще более впечатляющие показатели.

Ранее ЭлектроВести писали, что луганские энергетики объявили амнистию своим сотрудникам, которые воруют электроэнергию.

По материалам: electrik.info.

Технология производства светодиодов

В докладе на открытии 26 конференции Международной Комиссии по Освещению в Пекине было отмечено, что общее направление работы светотехнической научной общественности должно быть направлено на сокращение энергопотребления и уменьшение загрязнения окружающей среды. То есть речь идет не об уменьшении освещённости, а о более рациональном и эффективном использовании освещения. Одним из наиболее перспективных шагов на этом пути, является разработка и использование энергоэкономичных источников света – светодиодов.

Светодиод – полупроводниковый диод, излучающий свет при прохождении тока через p-n–переход. Чтобы p-n-переход излучал свет, должны выполняться следующие два условия. Во-первых, ширина запрещённой зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой. Для этого полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы их соблюсти, одного р-n-перехода в кристалле недостаточно. Приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры. Их называют гетероструктуры (именно за изучение гетероструктур академик Алферов получил Нобелевскую премию).

Это послужило новым этапом в развитии технологий изготовления светодиодов.

Производство светоизлучающих диодов сталкивается с некоторыми трудностями. Поскольку создание светодиодов — это динамично развивающаяся отрасль светотехнической промышленности, то сложившихся законов и правил их применения пока не существует. Нет нормативной документации, относящейся к процессу производства и использования светодиодов. Каждое крупное производство старается найти свои критерии отбора продукции, но, к сожалению, некаких международных соглашений не существует. Хотя в этом направлении в последнее время ведется активная работа и достигнуты хорошие результаты, надо понимать, что создание единых требований к светодиодной технике – дело не одного года. Чтобы понять, в чем сложность создания подобной документации, следует ознакомиться с технологией производства.

Рассмотрим поэтапно процесс создания светодиодов.

1) Выращивание кристалла.
Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Эпитаксиальный рост полупроводников (а светодиод – это именно полупроводник) осуществляется методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Для такого процесса необходимы особо чистые газы, что предусмотрено в современных установках. Толщины выращиваемых слоев тщательно контролируются. Важно обеспечить однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста доходит до полутора миллионов евро. А процесс наладки получения высококачественных материалов для будущих светодиодов занимает несколько лет.

2) Создание чипа.
На этом этапе имеют место такие процессы, как травление, создание контактов, резка. Весь этот комплекс получил название «планарная обработка пленок». Пленка, выращенная на одной подложке, разделяется на несколько тысяч чипов.

3) Биннирование.
Биннирование (сортировка чипов) – особенно важный процесс производства светодиодов, о котором несправедливо часто забывают упоминать в литературе. Дело в том, что при производстве любой продукции должны соблюдаться некие критерии отбора. Но на вышеописанных стадиях производства светодиода невозможно добиться абсолютного сходства изделий по его характеристикам. Изготовленные чипы изначально имеют характеристики, различающиеся в некотором диапазоне. Чипы сортируют на группы (бины). В каждой группе определённый параметр варьируется в определённых пределах.

Сортировка происходит по:

  • длине волны максимума излучения;
  • напряжению;
  • световому потоку (или осевой силе света) и т. д.

Биннирование, как способ градации светодиодной продукции, находит применение на производстве и, следовательно, в наименовании поставляемой продукции. Оба эти факта делают применение светодиодов доступным для широкого круга пользователей.

4) Создание светодиода.
Создание непосредственно светодиода – это заключительный этап технологической цепочки. Создается корпус будущего источника света, монтируются выводы, подбирается люминофор (если он необходим). Но особо стоит отметить такую важную часть, как оптическую систему (а именно, изготовление линз). Линзы для светодиодов изготавливают из эпоксидной смолы, силикона или пластика. К ним предъявляется широкий спектр требований, т.к. оптическая система светодиода играет большую роль (направляет световой поток светодиода в нужный телесный угол).

Линзы должны:

  • быть максимально прозрачными;
  • пропускать свет во всем оптическом диапазоне;
  • обладать хорошей клейкостью материала к материалу печатной платы;
  • быть температура стабильными;
  • обладать высоким сроком службы (что характеризуется к воздействию излучения кристалла и химическому воздействию люминофора, если таковой применен).

Благодаря большому количеству положительных качеств (малой потребляемой мощностью, отсутствию ртути, низкому напряжению питания, высокой надежности, малым габаритам и т. д.), на основе светодиодов создаются разнообразные и высококачественные осветительные светодиодные приборы. Можно долго перечислять различные типы светодиодных светильников: это и прожекторы, и линейные светодиодные светильники, и светильники общего или специального назначения. Однозначно можно сказать, что светодиоды – это динамично развивающиеся источники света. А технология производства светодиодов – сфера деятельности высококлассных мировых специалистов, способных достигать все более высоких результатов.

SMD-светодиоды: маркировка, виды, технические характеристики

Сверхъяркие светодиоды, изобретенные относительно недавно, уже прочно вошли в нашу жизнь. Компактные и экономичные, они с успехом используются как в переносных осветительных приборах, так и в стационарных системах освещения и подсветки. Особой популярностью в последнее время стали пользоваться мощные и компактные smd светодиоды, о которых мы сегодня и поговорим. Прочитав эту статью, ты узнаешь, почему они так называются, чем отличаются друг от друга и где могут встречаться.

Особенности SMD-светодиодов

Основное визуально заметное отличие smd светодиодов от обычных состоит в конструкции их корпуса:

Обычные с аксиальными выводами (слева) и SMD светодиоды

Если обычный диод имеет достаточно длинные выводы для монтажа через отверстия в плате, то их smd аналоги имеют лишь небольшие контактные площадки (планарные выводы) и монтируются прямо на плату.

Монтаж светодиода обычным способом (слева) и методом поверхностного монтажа 

Такой метод сборки называется поверхностным монтажом, отсюда и название светодиодов: smd (англ. Surface Mount Device – прибор для поверхностного монтажа). Такой монтаж наиболее прост, и его можно поручить роботам.

Сборку устройств на smd компонентах можно поручить роботу

Кроме того, стал возможен эффективный отвод тепла от кристалла благодаря очень коротким, но относительно массивным выводам и тому, что прибор практически лежит на плате. Ведь несмотря на свою экономичность, сверхъяркие диоды в процессе работы нагреваются. Эта особенность конструкции позволила изготавливать очень миниатюрные, но мощные smd светодиоды, требующие хорошего отвода тепла.

Сегодня мировая промышленность выпускает множество типов smd светодиодов, отличающихся друг от друга как габаритами, так и электрическими параметрами.

к содержанию ↑

Как расшифровать маркировку

Сверхъяркие smd светодиоды принято маркировать четырьмя цифрами, а линейка выпускаемых сегодня приборов выглядит примерно так:

Типоразмеры и внешний вид наиболее популярных smd светодиодов

Типов приборов, конечно, намного больше, но для разбора маркировки нам хватит и этих. Как же разобраться в этой маркировке и что обозначают цифры? Оказывается, ничего сложного тут нет: цифрами обозначены горизонтальные размеры корпуса smd светодиодов – длина и ширина в сотых миллиметра. К примеру, прибор 5050 имеет размеры 5.0х5.0 мм, а 3528 – 3.5х2.8 мм. Больше никакой информации маркировка не несет. Технические характеристики ты можешь узнать только из сопроводительной документации или же поверить на слово продавцу.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Покупая светодиоды, обязательно ознакомься с сопроводительной документацией – наши “друзья” из Китая имеют привычку встраивать в стандартный корпус кристаллы самой различной мощности (обычно меньшей). Если продавец об этом умолчит, то ты запросто можешь получить светодиод мощностью, к примеру, 0.09 Вт вместо одноваттного, но маркировка и внешний вид у него будут тот же!

к содержанию ↑

Краткие технические характеристики

Хотя никакой информации о характеристиках smd светодиодов их цифровая маркировка не несет, все же некоторая связь между типоразмерами и параметрами приборов есть. Рассмотрим параметры самых распространенных видов светоизлучающих smd полупроводников:

Основные технические характеристики светодиодов smd    

Тип прибора

Размеры корпуса, мм

Количество кристаллов

Мощность, Вт

Световой* поток, лм

Рабочий ток, мА

Температура эксплуатации, °С

Телесный угол, °

Цвет свечения

35283. 5х2.81 или 30.06 или 0.20.6 – 5.0*20-40 … +85120 – 140белый, нейтральный, теплый, синий, желтый, зеленый, красный, RGB
50505.5х1.63 или 40.2 или 0.262 – 14*60 или 80-20 … +60120 – 140белый, теплый, синий, желтый, зеленый, красный, RGB, RGBW
56305.6х3.010.557150-25 … +85120холодный, нейтральный, теплый
57305.7х3.01 или 20.5 или 150 или 158150 или 300-40 … +65120холодный, белый, нейтральный, теплый
30143.0х1.410.129 – 11*30-40 … +85120холодный, нейтральный, теплый, синий, желтый, зеленый, красный, оранжевый
28352. 8х3.510.2 или 0.5 или 120 или 50 или 10060 или 150 или 300-40 … +65120холодный, нейтральный, теплый

* – зависит от цвета свечения кристалла

А теперь рассмотрим каждый из этих типов более подробно.

к содержанию ↑

smd 3528

smd светодиод этого типа может быть однокристальным (белый, нейтральный, теплый, синий, желтый, зеленый, красный) или трехкристальным (RGB). В первом случае прибор имеет два вывода для подключения, во втором – четыре: один общий (катоды) и три анода. Кристаллы для защиты от окружающей среды заливаются прозрачным компаундом или компаундом с добавлением люминофора, выравнивающего цветовую характеристику диода.

Внешний вид одно- и трехкристального светодиода 3528

Как видно из таблички, этот тип светодиода имеет относительно малый световой поток. Но благодаря небольшим габаритам, умеренной стоимости и способности светить разными цветами, включая RGB, он все же нашел широкое применение в недорогих осветительных приборах и приборах декоративной подсветки.

Очень часто светодиоды 3528 входят в состав lcd лент подсветки. Такая лента с smd-светодиодами используется чаще всего в декоративных целях.

Автомобильные лампы и светодиодная лента, собранные на 3528

Если хочешь узнать о smd светодиодах 3528 еще больше, то читай наш обзор на него.

к содержанию ↑

smd 5050

В отличие от 3528, 5050 имеет исключительно трехкристальное или четырехкристальное (RGBW) исполнение. Если прибор одноцветный, то все три кристалла имеют одинаковый или близкий (для выравнивания цветовой характеристики) цвет светового излучения. Это значит, что диод 5050 имеет втрое большую яркость, чем его однокристальный собрат smd 3528. Как и в первом случае, кристаллы защищены компаундом с люминофором или без него.

Трехкристальный светодиод 5050 

Это, пожалуй, наиболее популярный прибор, используемый для декоративной подсветки и освещения. Он имеет оптимальное отношение стоимость/мощность и может обеспечить любой цвет подсветки (в случае использования rgb5050), включая белый повышенной яркости (четырехкристальный вариант), за счет простого изменения мощности на каждом из кристаллов.

Чаще всего такие светодиоды встраивают в такие светодиодные декоративные ленты, как:

  • одноканальная, где три кристалла соединены параллельно и питаются одним напряжением;
  • RGB и RGBW, имеющие три и четыре канала соответственно.

Благодаря достаточно высокой мощности диодов уже при их плотности 60 шт. на 1 метр светодиодной ленты она может успешно использоваться не только для декоративной подсветки, но и для освещения интерьера. При этом цветовую температуру и даже цвет освещения пользователь может изменять самостоятельно, для этого достаточно установить соответствующий контроллер.

Светодиодные ленты 5050 одноцветная (слева), RGB и RGBWк содержанию ↑

smd 5630 и 5730

smd 5630 представляет собой однокристальный мощный прибор (см. таблицу выше), способный создать световой поток до 57 люмен. Благодаря встроенной защите, собранной на двух стабисторах, прибор в состоянии выдерживать импульсный ток до 400 мА и переполюсовку. Светодиод имеет 4 вывода, но в работе кристалла участвуют только два. Оставшиеся два и металлическая подложка используются для лучшего теплоотвода. Цвет свечения светодиода – белый разной цветовой температуры.

Внешний вид и внутренняя схема светодиода 5630

Приборы 5730 могут быть как одно, так и двухкристальными. Первые имеют сходные с 5630 характеристики, вторые вдвое мощнее (1 Вт) и в состоянии создавать световой поток до 158 лм.

Внешний вид светодиода 5730

Оба типа приборов излучают белый свет различной цветовой температуры и могут использоваться для изготовления мощных светодиодных лент, ламп, прожекторов.

Автомобильная лампа на 5630 и стоваттный прожектор на 5730 

Более подробную информацию по приборам smd 5630 ты можешь найти здесь, а по smd 5730 – тут.

к содержанию ↑

smd 3014

Однокристальный компактный прибор умеренной (0.12 Вт) мощности и световым потоком до 11 лм. В зависимости от исполнения может излучать белый свет разной цветовой температуры, а также синий, желтый, зеленый, красный и оранжевый. Для защиты от окружающей среды и коррекции цветовой температуры кристалл покрывается компаундом с люминофором.

Светодиод smd 3014

Основная область применения smd 3014: светодиодные ленты и модули для декоративной подсветки, точечные светильники и лампы к ним. Нередко используются для изготовления автомобильных ламп.

Автомобильная лампа, настольный и встраиваемый светильники, лента на основе диодов smd 3014

Если ты заинтересовался светодиодами типа 3014, то более подробно о них можешь почитать в этой статье.

к содержанию ↑

smd 2835

Однокристальный светодиод повышенной мощности. Выпускается в трех исполнениях: 0.2, 0.5 и 1 Вт. Излучает белый свет различной цветовой температуры, по размерам корпуса совпадает с прибором 3528, но отличается от последнего прямоугольной линзой (у 3528 она круглая).

smd 2835 (слева) и smd 3528 

Из-за высокой популярности приборов выпускается очень много подделок, в которые устанавливаются кристаллы меньшей мощности. Так, хотя китайский smd 2835 и выпускается официально, но оснащается он кристаллом всего 0.09 Вт. Внешне отличить его от одноваттного бывает невозможно из-за добавленного в компаунд люминофора, поскольку он непрозрачен, соответственно, оценить размеры кристалла на глаз не получится.

Прибор используется в мощных осветительных лампах, бытовых и уличных светильниках, прожекторах, светодиодных лентах.

Лампочка, светильники и лента на smd 2835

Если тебя заинтересовал светодиод smd 2835, более подробную информацию ты можешь почерпнуть из этой статьи.

к содержанию ↑

Применение

Проще перечислить те сферы нашей жизни, где smd-светодиодов нет, чем те, где они используются. Белые диоды можно встретить:

  • в тактических и карманных фонариках;
  • в автомобильных лампах;
  • в бытовых лампочках различной мощности;
  • в декоративной внутренней и наружной подсветке.

Разноцветные RGB и RGBW применяются не менее широко:

  • в вывесках, дорожных знаках, светофорах, указателях, рекламе;
  • в лампах освещения, с изменяемой цветовой температурой;
  • в ландшафтном дизайне;
  • в декоративной внутренней и наружной подсветке;
  • в приборах индикации.
Примеры использования smd светодиодов

Вот вкратце и все о smd светодиодах. Теперь ты знаешь, почему они так называются, какими бывают и где используются.

к содержанию ↑

Рейтинг

А какие led чипы выбираешь ты? Отдай 1 голос, какой тип ты бы порекомендовал для решения большинства задач.

📋 Пройди тест и сделай правильный выбор


Предполагаемые габариты конструкции

Миниатюрная

Габариты НЕ имеют значения

Компактная

Возможна ли в процессе эксплуатации ошибочная смена полярности питания или скачки напряжения?

Нет, ничего переключаться не будет.

Маловероятно, но может быть.

Вполне возможна.

Какое питание будет у конструкции?

Бортовая сеть автомобиля

От сети 220В.

Аккумулятор достаточно большой емкости

Миниатюрные аккумуляторы

Батарейки

Будут ли светодиоды установлены на радиатор?

Радиатор будет, но небольшой

Нет, для радиатора места нет

Да, на радиатор больших размеров.

Для каких целей ты собираешь конструкцию?

Дежурный свет

Общее освещение.

Локальное освещение

Декоративная белая подсветка.

Декоративная цветная подсветка.

Какой тип SMD светодиодов выбрать

Тебе подойдет SMD 3528

Тебе подойдет SMD 5050

Тебе подойдет SMD 5630

Тебе подойдет SMD 5730

Тебе подойдет SMD 3014

Тебе подойдет SMD 2835

Share your Results:

Facebook ВКонтакте

  Перепройти тест!

Предыдущая

СветодиодыКорпуса и маркировка SMD диодов и стабилитронов

Следующая

СветодиодыКак выбрать фонарь на светодиоде Cree XM-L T6

Характеристики светодиодов, обзор предложений и подключение

Эти полупроводниковые приборы отличаются хорошими потребительскими характеристиками при разумной стоимости. Их применяют в быту, для решения коммерческих и производственных задач. Для правильного выбора надо знать не только общие характеристики светодиодов. Пригодятся сведения о современных моделях, электрических схемах рабочих устройств. В этой статье вы найдете ответы на эти и другие практические вопросы.

Чадящий факел и гаснущие от дуновения ветерка свечи выглядят интересно только в компьютерных играх. В реальной жизни Лара Крофт явно отдаст предпочтение универсальному фонарю на светодиодах

Содержание статьи

Что такое светодиод – принцип действия

Принцип действия полупроводникового светодиода

На этом рисунке схематично изображено излучение (hv) c длиной волны (Lp) примерно 250 мкм. Оно создано в p-n переходе (полупроводник прямосмещенного типа) при рекомбинационном переходе инжектированных носителей на другой энергетический уровень.

В этой фразе есть несколько общеизвестных слов. Для расшифровки специфических терминов и понятий нужно изучить соответствующий раздел науки. Но на самом деле углубление в физику процесса не имеет практического значения. Вполне достаточно знать, что светодиод – полупроводниковый прибор. Он излучает в видимом диапазоне спектра при пропускании тока ограниченной величины в прямом направлении.

Конструкция и типовые части светодиодаЭлектрическая схема подключения

Мир светодиодов: краткий обзор предложений современных производителей

Первые удачные эксперименты были проведены более ста лет назад. Но только в конце 70-х прошлого века удалось создать образцы, пригодные для коммерческого применения.

Разные комбинации полупроводниковых материалов создают волны определенной длины

Для зеленого цвета применяют AlGaInP (Алюминий-Галий-Фосфид индия). Красный получается с использованием AlGaAs (Алюминий-Арсенид галлия). Долгое время не могли найти комбинацию для синего. Только в 90-х годах был найден подходящий состав, за который авторы получили Нобелевскую премию. Сочетание перечисленных цветов позволило создать белый свет. С этого времени был дан старт массовому внедрению технологий данной категории в разные сферы человеческой деятельности.

Индикаторные светодиоды

Конструкция прибора DIP типа

Для концентрации светового потока функции отражателей выполняет опорная пластина и стенки. Такие приборы выпускают с выпуклыми линзами и прямоугольными торцами диаметром от 3 до 10 мм. Их подключают к источникам питания 2,5-5 В с ограничением по току до 20-25 мА. Угол рассеивания не превышает 140°. Яркость – до 1,1 люмен.

Индикаторные светодиоды ранее применяли для создания фонарей, светофоров, информационных стендов и рекламных табло. В наши дни появились новые модификации полупроводниковых приборов с большей силой света.

Оригинальная подсветка сценических костюмов

На практике пригодятся следующие преимущества индикаторных светодиодов:

  • низкая стоимость;
  • хорошая защищенность от влаги и других неблагоприятных внешних воздействий;
  • безопасные токи и напряжение питания;
  • небольшое потребление энергии.

Последний пункт надо дополнить низким выделением тепла. Такие устройства способны функционировать долгосрочно в широком температурном диапазоне без специальных охлаждающих радиаторов.

Осветительные светодиоды

Полупроводниковые приборы SMD, как наиболее распространенные изделия, подробно рассмотрены ниже. Их создают в стандартных размерах на специальной подложке, которая хорошо приспособлена для последующего монтажа на печатную плату.

Излучающее поле лампы, созданное из SMD светодиодов

Для улучшения защищенности полупроводники закрепляют на подложке внутри литого пластикового корпуса. Верхняя полусферическая часть образует линзу, что помогает сузить световой поток.

«Пиранья». Грозное название этой категории подчеркивает высокую эффективность приборов

Следующая группа изделий создана специально для освещения. На подложке размещают синие светодиоды. Сверху – слой люминофора. В данном случае применяют большее количество кристаллов на единицу поверхности по сравнению с технологией SMD. Это позволяет получить сильный световой поток.

Мощную матрицу категории COB (Chip On Board) надо охлаждать. Такие лампы устанавливают в автомобильные фары ближнего и дальнего светаТехнология Chip On Glass («Чип-на-стекле»)

На фото изображены основные стадии производственного процесса:

  1. Создается подложка из стекла нужной формы.
  2. На ней закрепляют последовательно полупроводниковые кристаллы.
  3. Сверху устанавливают слой люминофора.
  4. Далее – финишное защитное покрытие.

В цоколе лампочки размещают блок питания, который создает постоянное напряжение с нужной силой тока.

К сведению! При сравнении разных видов изделий надо отметить позитивно ремонтопригодность SMD модификаций. Светодиоды COB при выходе из строя приходится заменять.

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

Выяснив, какие бывают светодиоды, надо перечислить их преимущества по сравнению с альтернативными изделиями:

  • Лучшие полупроводниковые приборы способны обеспечить более 200 люменов на 1 Вт энергии. Это потребление на 80-85 % меньше по сравнению с типовыми лампами накаливания.
  • Качественные светодиодные светильники устойчивы к вибрациям, перепадам напряжения в сети. Долговечность лучших изделий приближается к 100 тыс. часов, что эквивалентно белее чем 11 годам непрерывной эксплуатации.
  • Отсутствие ртутных и других вредных соединений вместе с прочной рассеивающей колбой повышает уровень безопасности.

Не забывайте, что в экономический расчет надо включать все сопутствующие расходы. Светодиодные источники, сделанные известными производителями, стоят дорого. Только через несколько лет получится окупить первоначальные инвестиции. Также надо отметить:

  • Мерцание при недостаточно качественной сборке блока питания.
  • Небольшой угол рассеивания.
  • Различные технические характеристики в одной товарной партии.
  • Узкий диапазон цветовой температуры, несоответствие параметра паспортным данным.

К сведению! Некоторые недостатки объясняются сомнительным происхождением готовой продукции. Для получения надежных гарантий приходится приобретать изделия известных торговых марок, что увеличивает затраты.          

Основные характеристики светодиодов

Изложенные ниже сведения следует изучить для более точного выбора изделий. В комплексной оценке учитывают следующие факторы:

  • параметры источника питания;
  • характеристики светового потока;
  • потребление электроэнергии;
  • долговечность.

Ток потребления

Приборы, которые причислены к индикаторной категории, потребляют не более 20 мА. Мощные осветительные светодиоды – до 300 мА и даже более того. Источник питания и провода должны быть рассчитаны на соответствующие нагрузки.

Следует подчеркнуть необходимость поддерживать стабильный ток светодиода. При незначительном повышении этого параметра меняются характеристики спектра, ускоряется деградация кристалла. Дальнейший рост приводит к разрушению полупроводника.

Чтобы исключить подобные негативные воздействия в цепь питания устанавливают специализированный стабилизатор тока («драйвер»)

Напряжение

Этот параметр определяет падение напряжения на светодиоде при прохождении через него номинального тока. Точная величина указана в техническом паспорте изделия. Значение не является единым даже для одинаковых групп. Так, например, на белом индикаторном светодиоде падение может составить 3 В, а на красном – 1,8 В.

Сопротивление

Минимальное электрическое сопротивление светодиодов заставляет применять в обязательном порядке защитные средства. Для ограничения силы тока при подключении к источнику питания надо обязательно использовать резистор

С применением указанных на рисунке ниже приведен пример, как рассчитать сопротивление для светодиода. Падение напряжения на нем будет составлять 7,2 В:

Uип (постоянное напряжение источника питания) – Uр (падение напряжения на светодиоде) = 9-1,8.

Сопротивление вычисляют по закону Ома:

R=U/I=7,2/0,02=360 Ом.

К сведению! Выбирайте изделие из стандартной номенклатуры с большим значением. Помните о том, что резисторы выпускают в разных классах точности, поэтому разница параметров может превышать 10% в одной партии.

При последовательном подключении складывают падение напряжения на каждом полупроводниковом элементе. Расчеты выполняют по приведенной выше схеме.

Исключите подключение светодиодов параллельно к одному резистору

Значительный разброс параметров полупроводниковых приборов будет сопровождаться разной интенсивностью свечения. Как отмечено ранее, даже небольшое превышение номинальной силы тока значительно ускоряет деградацию, увеличивает риск поломки изделия.

Мощность светодиодных ламп

Падение напряжения на подобных индикаторных светодиодах составляет 2,4 В, а ток – 20 мА

При этих исходных параметрах прибор потребляет 0,048 Вт в час (1,152 Вт – за сутки, 34,56 – за месяц). Но требования возрастают, когда нужно создать достаточно сильный источник света.

Допустим, необходим прожектор мощностью 100 Вт который составляется из полупроводниковых одноваттных матриц с падением напряжения 3 В на каждой. При параллельном подключении понадобится применить источник тока на 33 А (100 × 0,33). Это очень много. Для прокладки сети питания понадобится алюминиевый проводник сечением более 8 мм кв., соответствующий стабилизатор.Разумеется, подобные решения нецелесообразны.

Вместо них применяют такие электрические схемы

Подбирают количество элементов в каждой цепи так, чтобы напряжение питания составляло от 12 до 24 В. Для нашего примера можно применить группы по 8 светодиодов. Подойдет стабилизатор на ток 12×0,33=3,96 А, что не вызовет никаких существенных затруднений и лишних финансовых затрат.

Светоотдача, угол свечения

В наши дни почти забыты оценки эффективности осветительных приборов по мощности. Это правильно, так как «лампочка на 40 Вт» не является достаточно информативным определением. Действительное значение имеет то, какой именно результат будет обеспечен соответствующим устройством. Для этого применяют понятие светового потока. Он определяет количество энергии, которое перемещается волнами соответствующей части спектра через определенную площадь за единицу времени. Параметр измеряется в люменах.

Мощность разных осветительных приборов, ВтСветовой поток, лм
250400700900120018002500
Лампа накаливания20406075100150200
Люминесцентная лампа6-710-1215-1719-2026-2942-5064-80
Светодиоды1,5-2,54-66-88-1011-1417-1921-28

К сведению! Современные полупроводниковые приборы способны при потреблении 1 Вт создавать поток света до 140 лм. Это более чем в 10 раз эффективнее по сравнению с классической лампой накаливания.

Этот рисунок наглядно демонстрирует различные углы свечения

Узконаправленные источники применяют в нишах стен, для подсветки отдельных декоративных предметов, функциональных зон. Для увеличения угла рассеивания применяют специализированные линзы. Надо понимать, что наличие дополнительных элементов в оптическом тракте несколько снижает эффективность.

Цветовая температура

Этот параметр указывают на упаковке и в сопроводительной документации

Он характеризует самые мощные составляющие в спектре излучения. Каждый человек по-своему воспринимает волны разной длины, поэтому точные универсальные рекомендации не уместны.

Для корректной оценки надо учитывать коэффициент цветопередачи (обозначение – «CRI»). При значении параметра более 80 можно говорить о хорошем качестве. В ртутных газоразрядных лампах, например, CRI от 40 до 60. Не сложно убедиться на практике в том, как сильно искажаются соответствующими уличными фонарями естественные оттенки.

Размер чипов, кристаллов, дополнительные критерии качества

Для тщательного сравнения продукции разных брендов надо проверять одновременно несколько важных параметров. Допустим, что надо купить мощные светодиоды для фонариков. Характеристики в рекламном объявлении подходят, а цены разумные. Не делайте поспешные выводы.

Убедитесь, что правильно приведены размеры кристалла. Иногда указывают «mil». Но это не привычные миллиметры, а обозначение тысячной одного дюйма. Для перевода используйте коэффициент 0,0254:

35mil×0,0254=0,889 мм.

Современный штангенциркуль с цифровой индикацией выполняет измерения с точностью до 0,01 мм

Один кристалл на мощных светодиодах потребляет до 300 мА в нормальном (долговременном) режиме использования. По количеству этих элементов можно определить суммарные показатели светодиода.

Матрица на 100 Вт

Ответственные производители применяют стандартные равные размеры сторон 30-45 mil. Сомнения возникают при обнаружении меньших габаритов. Такие прямоугольники из полупроводников отличаются меньшими токами потребления (мощностью) на 50% и более того.

Без внимательного изучения подделку сложно отличить от оригинала

Совпадают посадочные размеры, похож внешний вид. Только после включения выясняется, что сила света меньше, либо спектр излучения не тот.

Эти данные помогут сделать правильный вывод:

  • Эффективный отвод тепла обеспечивает медь. Основания из алюминия дешевле. Они выполняют свои функции недостаточно качественно, что затрудняет поддержание оптимального температурного диапазона.
  • В изделиях известных торговых марок питание к кристаллу подводят двумя и большим количеством проводников из тончайших золотых нитей. Дешевая альтернатива – один медный проводник.
  • Современные качественные светодиоды способны выполнять свои функции на протяжении 60 тыс. часов и даже более при температуре +100°C. Недорогие подделки сомнительного качества менее долговечны. Они выходят из строя при нагреве от +60°C до +95°C.
Равномерное свечение кристаллов – признак хорошего качества

SMD светодиоды, характеристики, отличия популярных серий

Конструкция прибора

Эти светодиоды в базовом оснащении защищены от перегрева. Стандартные размеры, форма и расположение выводов упрощают монтаж с применением средств автоматизации. Такой подход позволяет применять современные производственные технологии, снижать издержки.

2835 SMD LED: параметры, особенности применения

В маркировке светодиодов зашифрованы размеры. 2835 SMD – это 2,8 мм глубина и 3,5 мм ширина по максимальным габаритам корпуса

Этот прибор создан с применением полимерных материалов, которые отличаются стойкостью к высокотемпературным воздействиям. Они без повреждений выдержат +240°С. Но такие экстремальные режимы следует исключить, чтобы не повредить полупроводниковый кристалл. Типовая деградация в качественных изделиях этой серии не превышает 5% за 3 тыс. часов. Особенность. Этой серии являются увеличенные габариты контактных элементов для ускорения отвода тепла.

Технические характеристики SMD 2835 приведены в таблице:

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Высота корпусамм0,8
Ток потреблениямА25; 60; 150; 300
Мощность кристалловВт0,09; 0,2; 0,5; 1
Падение напряженияВ3,2
Бытовые лампы

Хорошие технические характеристики светодиода 2835 дополнены демократичной стоимостью. Эти приборы применяют для изготовления недорогих светильников, светодиодных лент.

Характеристики светодиодов 5050

Конструкция и особенности подключения выводов

Изделия этой серии отличаются хорошими показателями при компактных размерах. Именно на их основе в свое время были созданы первые специализированные лампы для автомобильной техники, светодиодные ленты. Разработчикам удалось разместить в небольшом корпусе три кристалла, которые при потреблении 1 Вт способны обеспечить световой поток до 80 лм.

Из этих компонентов были созданы первые «кукурузы», которые полноценно заменяли традиционные лампы накаливания мощностью 80-100 Вт

Уровень деградации за 3 тыс. рабочих часов в этих изделиях был снижен на 20% по сравнению с предыдущим примером (серия 2835). В отдельных модификациях стали применять диоды разных цветов комбинации R-G-B. Применив соответствующие контроллеры, можно организовать раздельное управление работы кристаллами.

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Индекс CRI (цветопередача)Ra80-90
Ток потреблениямА20*3=60
Мощность кристалловмВт210
Падение напряженияВ3,3
Угол свеченияградусы125
Световой потоклм18

Светодиоды SMD 5730: характеристики, важные нюансы

Эти приборы – развитие популярной серии 5050. В таблице приведены средние данные по изделиям известных брендов с применением цветовой температуры кристаллов на уровне 6 тыс. Кельвинов.

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Световой потоклм55
Ток потреблениямА150
Мощность кристалловмВт210
Падение напряженияВ3,4
Угол рассеиванияградусов120

Заметно увеличен световой поток, мощность. Улучшен теплоотвод. Деградация при контрольном времени 3 тыс. часов не превышает 1%. Эти приборы можно применять в схемах с питанием импульсным током (до 170 мА).

К сведению! Несмотря на повышение рабочей температуры, специалисты советуют строго соблюдать границы рекомендованного диапазона. В предельных режимах быстро вырабатывается ресурс.

Размеры светодиодов разных серий

Мощные светодиоды Cree

Если понадобились сверхяркие  светодиоды 3 Вольта надо обратить внимание на продукцию этого производителя из США.

Под брендом Cree выпускают мощные источники света для автомобилей, проекторной техники, стационарных и переносных прожекторов

Характеристики светодиодов Cree серии XM-L:

ПараметрЕд. измеренияВеличина (диапазон)
Световой потоклм165-300 (максимум- выше 1000 лм)
Ток потребления (номинальный)мА700
МощностьВт2
Индекс CRI (цветопередача)Ra80-90
Падение напряжения при токеВ/мА2,9/700; 3,1/1500; 3,35/3000
Угол свеченияградусов125
Рабочая температура°CОт -40 до +85
Улучшенные характеристики светодиодов XHP35 подходят для изготовления мощных фонарей

Эти приборы рассчитаны на максимальный ток потребления до 1050 мА, мощность – до 13 Вт. Падение напряжения составляет 11,3В при 350 мА. Коэффициент CRI более 90 обеспечивает отсутствие искажений в цветопередаче.

Для получения таких характеристик сверхяркие светодиоды данной серии были созданы по специальной технологии. Мощное излучение с равномерным распределением в спектре обеспечивают 4 области в одном кристалле. Такое решение позволило уменьшить размеры, увеличило прочность конструкции, устойчивость к механическим воздействиям.

Проверка светодиода с применением мультиметра

Для тестирования этих приборов подойдут те же методики, что и для обычных полупроводниковых диодов. Следует только учитывать большее падение напряжения (от 1,8 В в индикаторных до 11 В – в световых модификациях). При работе надо применять стандартные средства снятия электростатических зарядов, чтобы не повредить p-n переход.

Тестер включают в режим проверки диодов

Соблюдая полярность, касаются щупами выводов. Исправный прибор светится. Расположение анода и катода можно найти в техническом описании конкретного изделия.

Работоспособность светодиода уточнить проще, если в мультитестере есть режим проверки pnp переходов

Для более точной проверки понадобится стабилизированный источник питания.  Мультитестером замеряют ток и напряжение по стандартным схемам (последовательное и параллельное подключение). Далее выясняют соответствие полученных данных с номинальными вольтамперными характеристиками.

Маркировка светодиодов по цвету, правила расшифровки кода маркировки светодиодной ленты

С учетом этого параметра единой системы стандартов не существует. Маркировка светодиодов по цвету непосредственно на корпусе затруднена по причине миниатюрности изделий. Обозначения делают на лентах. Ниже приведена информация о продукции CREE.

Типовое название составлено следующим образом: АААВВВ-СК-0000-ZZZZZ. Первые три буквы («ААА») – это серия. Для рассмотренной выше модификации XM-L будут указано «XML». Следующие три позиции («BBB») – цвет:

  • GRN, BLU, RED и другие обозначения понятны в переводе с английского (зеленый, синий, красный соответственно).
  • WHT – белый цвет.
  • Однако BWT – тоже белый, но в этом варианте речь идет о приборах второго поколения.
  • HEW – еще одна модификация белого. Здесь отмечена особой аббревиатурой улучшенные энергетические характеристики прибора.

Далее на позициях «СК»указывают качество цветопередачи:

  • Для светильников наружного освещения этот параметр не является определяющим. Такие светодиоды маркируют «01».
  • Аббревиатурой L1 обозначают типовые изделия, характеристики которых определяются в технических паспортах.
  • При значениях коэффициента цветопередачи CRI от 70; 80; 85; 90 и выше применяют сочетания B1; h2; P1; U1 соответственно.

Что можно сделать из светодиодов своими руками?

Далее приведены проекты, которые можно реализовать с применением этих полупроводниковых приборов. Для индивидуальных коррекций следует изучить актуальный ассортимент производителей.

Стабилизатор тока для светодиодов

Для подключения мощных приборов рекомендуется применять импульсные источники питания

Такая схема пригодится для оснащения автомобиля. При хорошем КПД выделяется немного тепла. Доступно изменение напряжения на входе в широком диапазоне при сохранении функциональности.

ДХО из светодиодов

Такую линейку можно собрать из светодиодов 3Вт. Характеристики современных приборов подойдут для создания надежных и эффективных дневных ходовых огней транспортного средства

В данном случае пригодится длительное сохранение работоспособности устройства в условиях сложной эксплуатации.

Мигающие светодиоды

Все необходимое для успешного создания действующего устройства изображено на этом рисунке

Светомузыка на светодиодах

Эту простую схему можно применить для оснащения мобильной техники. Для питания можно применить аккумулятор на 9В

Индикатор напряжения на светодиодах

Схема точного индикатора напряжения для автомобиля. Здесь предусмотрена компенсация измерений при повышении/уменьшении температуры

Электрические схемы подключения светодиодов

В этой части статьи рассмотрены способы подключения полупроводниковых источников света к сетям питания. Применение следующих правил и рекомендаций предотвратит повреждение и продлит срок службы светодиодов.

Подключение к сети 220 В

Вместо драйвера можно применить такой вариант подключения

Резистор R1 ограничивает силу тока. Конденсатор C1 – гасит колебания. Для расчета характеристик резистора используйте рассмотренный выше алгоритм.

Подключение светодиодов к сети питания 12 В

Эта схема подойдет для подключения светодиодов общей мощностью до 1 Вт

Она обеспечивает ток потребления до 245 мА, напряжение от 12 до 24 В. Исходя из приведенных параметров выбирают подходящие светодиоды.

Если понадобилась дополнительная информация – пишите вопросы в комментариях к статье. Там же оставляйте свои предложения, приводите примеры удачных проектов.

Видео с пояснениями монтажа мощных светодиодов:

Предыдущая

ОсвещениеСхема подключения проходного выключателя с 2х мест: порядок выполнения монтажных работ

Следующая

ОсвещениеКак сэкономить на качестве: розетки и выключатели, лучшие бренды производителей

Понравилась статья? Сохраните, чтобы не потерять!

ТОЖЕ ИНТЕРЕСНО:

ВОЗМОЖНО ВАМ ТАКЖЕ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:

Материалы светодиодов.

Статьи о светодиодах.
Цвет Длина волны (nm) Прямое напряжение (V) Материал полупроводника
 Инфракрасный  λ > 760 ΔV < 1.9 Арсенид Галлия (GaAs)
Арсенид Галлия и Алюминия (AlGaAs)
 Красный  610 < λ < 760 1.63 < ΔV < 2.03 Арсенид Галлия и Алюминия (AlGaAs)
Арсенид Фосфид Галлия (GaAsP)
Фосфид Алюминия Галлия Индия (AlGaInP)
Фосфид Галлия(III) (GaP)
 Оранжевый  590 < λ < 610 2.03 < ΔV < 2.10 Арсенид Фосфид Галлия (GaAsP)
Фосфид Алюминия Галлия Индия (AlGaInP)
Фосфид Галлия(III) (GaP)
 Желтый  570 < λ < 590 2.10 < ΔV < 2.18 Арсенид Фосфид Галлия (GaAsP)
Фосфид Алюминия Галлия Индия (AlGaInP)
Фосфид Галлия(III) (GaP)
 Зеленый  500 < λ < 570 1.9[32] < ΔV < 4. 0 Нитрид Галлия Индия (InGaN) / Нитрид Галлия(III) (GaN)
Фосфид Галлия(III) (GaP)
Фосфид Алюминия Галлия Индия (AlGaInP)
Фосфид Алюминия Галлия (AlGaP)
 Синий  450 < λ < 500 2.48 < ΔV < 3.7 Селенид Цинка (ZnSe)
Нитрид Галлия Индия (InGaN)
Карбид кремния (SiC) в качестве подложки
Кремний (Si) в качестве подложки — (в разработке)
 Фиолетовый  400 < λ < 450 2.76 < ΔV < 4.0 Нитрид Галлия Индия (InGaN)
  Пурпурный   2.48 < ΔV < 3.7 синий с красным фосфором,
белый с пурпурным фильтром
 Ультрафиолетовый  λ < 400 3.1 < ΔV < 4.4 Углерод — алмаз (235 nm)
Нитрид Бора (215 nm)
Нитрид Алюминия (AlN) (210 nm)
Нитрид Алюминия Галлия (AlGaN)
Нитрид Алюминия Галлия Индия (AlGaInN) — до 210 nm
 Белый  Широкий спектр ΔV = 3. 5 Синий/УФ диод и желтый фосфор

разделение по классам и типам

В настоящее время светодиоды обрели широкую популярность. При этом четко разделить их по мощности, яркости свечения, области применения, форм-фактору и другим параметрам не представляется возможным, поскольку у каждого производителя своя классификация. Тем не менее, различные виды светодиодов можно объединить в классы по некоторым характерным признакам.

Индикаторные и осветительные LED

Чтобы яснее представлять, какие бывают светодиоды, их можно разделить на две большие группы: индикаторные и осветительные.

Индикаторные используются в основном в целях цветовой индикации, а также при подсветке дисплеев, приборных панелей и других приборов. То есть это светодиоды сравнительно небольшой мощности (до 0.2 Вт) с умеренной яркостью.

Осветительные LED используются при освещении помещений в составе светодиодных ламп и лент, в автомобильных фарах и везде, где требуется получить высокую интенсивность свечения. Мощность таких светодиодов может достигать десятков ватт.

Индикаторные LED

Индикаторные светодиоды, в свою очередь, можно разбить на несколько групп.

DIP светодиоды

Светодиоды этого типа представляют собой светоизлучающий кристалл в выводном корпусе, часто с выпуклой линзой. Типы корпусов: цилиндрические, диаметром 3, 4, 5, 8, 10… мм, и прямоугольные.

Выпускаются в очень широком диапазоне цветов – вплоть до ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB.

Одним из недостатков этих LED можно отметить невысокий угол рассеяния светового потока: обычно не более 60⁰.

Super Flux “Piranha”

Конструктивно светодиоды Пиранья представляют собой сверхъяркие светодиоды в прямоугольном корпусе с четырьмя выводами. Такая конструкция позволяет надежно закрепить светодиод на плате.

Доступные разновидности: красный, зеленый, синий и три белых (различаются температурой свечения). Выпускаются в корпусах с линзой (3 и 5 мм) и без нее. Угол рассеяния варьируется в пределах от 40⁰ до 120⁰.

Область применения Piranha – подсветка автомобильных приборов, дневных ходовых огней, рекламных вывесок и т.д.

Straw Hat

Наряду с Piranha, большим углом рассеяния светового потока обладают светодиоды типа Straw Hat («соломенная шляпа»). Внешне они напоминают обычные цилиндрические двухвыводныне LED, но с меньшей высотой и увеличенным радиусом линзы, за что и получили свое название.

Излучающий кристалл в этих светодиодах расположен ближе к передней стенке линзы (не забудьте почитать про назначение линзы для светодиода), благодаря чему достигается угол рассеяния порядка 100-140⁰.

Выпускаются красные, синие, зеленые, желтые и белые LED. Благодаря способности создавать ненаправленное излучение, могут использоваться в декоративных целях, в качестве замены ламп аварийной тревоги и других местах, где требуется равномерная подсветка с низким энергопотреблением.

SMD светодиоды

Кроме выводных LED, выпускаются светодиоды типа SMD. Сюда следует отнести сверхъяркие цветные и белые светодиоды мощностью около 0.1 Вт в корпусе для поверхностного монтажа. Размеры корпусов обычно стандартные для любых элементов типа SMD: 0603, 0805, 1210 и т.д., где маркировка обозначает длину и ширину в сотых долях дюйма или в миллиметрах. При этом существуют как разновидности с выпуклой линзой, так и без нее.

Благодаря простоте монтажа, на основе этих LED выпускаются светодиодные ленты. Например, широкую известность в этой области приобрел светодиод Cree SMD 3528.

Осветительные LED

Эти светодиоды применяются при освещении помещений и улиц в составе фонарей, автомобильных фар, светодиодных лент и т.д. В связи с этим обладают большой мощностью, высокой интенсивностью излучения, и выпускаются только в белом цвете в корпусах для поверхностного монтажа.

Обычно производятся две разновидности, различающиеся цветовой температурой: cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый).

Поскольку кристаллов, излучающих белый свет, в природе не существует, при производстве осветительных светодиодов прибегают к различным технологиям смешения трех базовых цветов (RGB). От способа их сложения зависит цветовая температура получаемого белого света.

Одним из способов получения белого свечения является покрытие излучающего кристалла тремя слоями люминофора, причем каждый слой отвечает за свой базовый цвет. Другой метод состоит в нанесении двух слоев люминофора на кристалл голубого цвета.

Осветительные SMD LED

Большинство осветительных светодиодов также выпускаются в корпусах SMD. В отличие от индикаторных, характеризуются большей мощностью и производятся только в белом цвете.

Стоит отметить, что некоторые осветительные LED небольшой мощности, например упомянутые выше SMD 3528, могут использоваться в качестве индикаторных, поэтому здесь разделение на типы довольно условное.

Основная область применения SMD – светодиодные ленты и лампы, переносные фонари, фары автотранспорта. При этом они дают довольно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших территорий приходится использовать большое количество этих LED для равномерной засветки площади.

Конструктивно осветительные SMD представляют собой покрытый люминофором излучающий кристалл на теплоотводящей подложке, обычно медной или алюминиевой. Встречаются как разновидности с линзой, так и без нее.

COB светодиоды

Большое распространение получили светодиоды типа COB (Chip On Board, чип на плате). По сути, это интеграция большого количества (обычно несколько десятков) кристаллов SMD в одном корпусе, которые потом покрываются люминофором.

На картинке вверху показаны для сравнения Cree SMD 5050 (слева) и COB – матрица из 36 чипов (справа).

COB используются только для освещения. Их световой поток на порядок больше, чем у одиночных SMD. Однако следует учесть, что эти светодиоды не подойдут для создания узконаправленного излучения ввиду большого угла рассеяния светового потока. При этом создать абсолютно ненаправленное излучение тоже не получится – угол рассеяния светодиодов менее 180⁰.

Замечено, что некоторым людям неприятен спектр свечения светодиодов типа SMD или COB. Кроме того, недостаточное количество светодиодов при засветке больших площадей приводит к тому, что освещенность носит дискретный характер, то есть сильно освещенные участки чередуются со слабо освещенными. Это нужно учитывать при выборе осветительных LED.

Filament LED

Этот тип светодиодов также используется пока только для освещения. Широкое распространение получили в качестве декоративной подсветки помещений. Спектр свечения, в отличие от SMD и COB, гораздо приятнее человеческому глазу и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохраняются все присущие LED достоинства: низкое энергопотребление и долгий срок службы.

В этом ролике демонстрируется сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы Filament на 4 Вт:

Здесь видно, что при мощности в 10 раз меньше, световой поток, отдаваемый лампой Filament, в 3-4 раза больше.

В то же время КПД Filament даже выше, чем у тех же SMD, — при одинаковой мощности первые позволяют получить большую освещенность. Это достигается за счет технологии COG (Chip On Glass, чип на стекле), при которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.

Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеяния светового потока 360⁰. То есть такие LED очень хороши при создании ненаправленного излучения.

Лазерные диоды

И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.

Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).

Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.

Заключение

Четко классифицировать все многообразие светодиодов достаточно сложно, поскольку редко те или иные LED производятся для каких-то конкретных целей. Тем не менее, основные направления их применения, — индикация и освещение, — пока остаются прежними, и приведенная здесь классификация подойдет для создания общего представления о видах светодиодов.

Почему светодиоды ломаются?, Полезная информация завода светотехники «СВЕТОРЕЗЕРВ»

Почему светодиоды ломаются?

 

Наиболее распространенные причины поломок светодиодов.

Сломаться может все. Нет техники, которая бы прослужила вечно. Не исключение – современный светодиод. Безусловно, разного рода поломки могут быть вызваны рядом причинами, которые мы сейчас попробуем немного конкретнее рассмотреть. Итак, проанализировав практичный аспект возникновения неисправностей светодиодной техники, можно определить следующие наиболее распространенные причины: 

1. Деградация активной области. Это одна из самых «популярных» причин неисправностей светодиода. Известно, что работает такого рода осветительная техника благодаря специально определенному перераспределению инжектированных носителей, которые находятся в его активной области. Появление с будущим ростом дислокаций в совокупности с преципитацией узловых атомов приводит к нарушениям внутренней части данной области. В следствии, инжектированный ток приобретает достаточно большую плотность. От этого повышается температура, а при наличии утечки тока и излучаемого светопотока, это приводит только к нарастанию неприятного дефекта.

2. Деградация электродов. Это еще одна потенциальная причина, которая приводит часто к неисправности светодиода. Зачастую ее можно встретить на электроде (в Р-области). Кстати, главный фактор при этом – диффузия металлического материала в полупроводник. Хотя, вернее, во внутреннюю его область.

Итак, для решения таких неприятных вопросов всегда нужно предварительно подумать, а потом подобрать необходимую конструкцию электродов вышедшего из строя диода, а также вертикальный элемент электрического тока. При этом крайне важно, чтобы они имели хорошую температурную устойчивость. 

3. Еще один вид распространенных поломок светодиода – катастрофический оптический эффект. Кромка начинает плавиться в случаях, когда показатель мощности световой энергии достигает значения выше установленного уровня.

4. Термическая деградация. Она возникает в следствии каверн в припое. Зачастую в первые 10 тис. часов встречается в полупроводниках при эксплуатации светодиодной техники. В ходе непосредственной работы диода объем тепла, излучаемый ним, нуждается в установке на теплопоглощающую подложку или радиатор. В данном случае, если в припое каверны будут мешать процессу отвода тепла, то образуются достаточно горячие точки, что, собственно, и провоцирует нежелательную тепловую деградацию с последующим отказам в работе. 

5. Электростатический разряд либо электрическая перегрузка — еще одна достаточно распространенная причина поломки светодиодного осветителя. Полупроводники, несмотря на довольно хороший показатель своей надежности, все же остаются очень восприимчивыми к электростатическим разрядам. Потому-то и они могут плохо повлиять на работоспособность светодиодной техники, вызвав неожиданный отказ.

6. Термическая усталость. Зачастую она появляется в диодных приборах, созданных производителем с использованием достаточно мягкого припоя. Если же в процессе производства светодиодной лампы используется твердый припой, то такая осветительная техника является более устойчивой к такому процессу. 

Как работают светодиоды

Диод — это простейший полупроводниковый прибор. Вообще говоря, полупроводник — это материал с различной способностью проводить электрический ток. Большинство полупроводников сделано из плохого проводника, в который были добавлены примеси (атомы другого материала). Процесс добавления примесей называется легированием .

В случае светодиодов материалом проводника обычно является арсенид алюминия-галлия (AlGaAs).В чистом арсениде алюминия-галлия все атомы идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов (отрицательно заряженных частиц) для проведения электрического тока. В легированном материале дополнительные атомы изменяют баланс, либо добавляя свободные электроны, либо создавая дыры, по которым электроны могут уходить. Любое из этих изменений делает материал более проводящим.

Полупроводник с дополнительными электронами называется материалом N-типа , так как он содержит дополнительные отрицательно заряженные частицы.В материале N-типа свободные электроны перемещаются из отрицательно заряженной области в положительно заряженную.

Полупроводник с дополнительными дырками называется материалом P-типа , поскольку он фактически содержит дополнительные положительно заряженные частицы. Электроны могут прыгать от отверстия к отверстию, перемещаясь из отрицательно заряженной области в положительно заряженную. В результате кажется, что сами отверстия перемещаются из положительно заряженной области в отрицательно заряженную.

Диод состоит из секции материала N-типа, прикрепленной к секции материала P-типа, с электродами на каждом конце.Это устройство проводит электричество только в одном направлении. Когда на диод не подается напряжение, электроны из материала N-типа заполняют отверстия из материала P-типа вдоль стыка между слоями, образуя зону обеднения. В зоне истощения полупроводниковый материал возвращается в исходное изолирующее состояние — все отверстия заполнены, поэтому нет свободных электронов или пустых пространств для электронов, и электричество не может течь.

Чтобы избавиться от зоны истощения, вы должны заставить электроны двигаться из области N-типа в область P-типа, а дырки — в обратном направлении. Для этого вы подключаете сторону N-типа диода к отрицательному концу цепи, а сторону P-типа — к положительному концу. Свободные электроны в материале N-типа отталкиваются отрицательным электродом и притягиваются к положительному электроду. Отверстия в материале P-типа перемещаются в другую сторону. Когда разность напряжений между электродами достаточно высока, электроны в зоне обеднения выталкиваются из своих отверстий и снова начинают свободно перемещаться. Зона обеднения исчезает, и заряд перемещается по диоду.

Если вы попытаетесь пропустить ток другим способом, когда сторона P-типа подключена к отрицательному концу цепи, а сторона N-типа подключена к положительному концу, ток не будет течь. Отрицательные электроны в материале N-типа притягиваются к положительному электроду. Положительные отверстия в материале P-типа притягиваются к отрицательному электроду. Через переход не протекает ток, потому что дырки и электроны движутся в неправильном направлении. Зона истощения увеличивается. (См. «Как работают полупроводники» для получения дополнительной информации обо всем процессе.)

Взаимодействие между электронами и дырками в этой установке имеет интересный побочный эффект — оно генерирует свет!

Светоизлучающий диод < Что такое светодиоды и как они работают? > | Основы электроники

Что такое светодиоды?

Светодиоды

— это полупроводники, называемые «светоизлучающими диодами». Белые светодиоды, которые получили практическую реализацию благодаря использованию синих светодиодов высокой яркости, разработанных в 1993 году на основе нитрида галлия, привлекают повышенное внимание как 4-й тип источника света.

Как светодиоды излучают свет?

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) представляют собой полупроводниковые источники света, которые объединяют полупроводник P-типа (большая концентрация дырок) с полупроводником N-типа (большая концентрация электронов). Приложение достаточного прямого напряжения заставит электроны и дырки рекомбинировать в P-N переходе, высвобождая энергию в виде света.

По сравнению с обычными источниками света, которые сначала преобразуют электрическую энергию в тепло, а затем в свет, светодиоды (светоизлучающие диоды) преобразуют электрическую энергию непосредственно в свет, обеспечивая эффективное производство света с небольшими потерями электроэнергии.

Типы светодиодов

Доступны светодиоды двух типов: ламповые (с выводами) и микросхемы (для поверхностного монтажа). Пользователи могут выбрать идеальный тип на основе установленных требований.

Длина волны и цвет

Цвет светодиода (длина волны излучения) будет меняться в зависимости от используемых материалов. Это позволяет настроить цвет в соответствии с определенными спецификациями длины волны, необходимыми для приложений, которые используют традиционные лампы в качестве источников света (для которых существуют стандарты), таких как светофоры и автомобильные лампы.

Для обозначения цвета используются две спецификации длины волны: λP (пиковая длина волны) и λD (доминирующая длина волны), при этом λD соответствует цвету, фактически наблюдаемому человеческим глазом.

Как создается белый свет?

Есть несколько методов получения белого света с помощью светодиодов. Ниже приведены 2 типичных метода эмиссии.

Синий светодиод + Желтый люминофор

Комбинация синего светодиода с желтым люминофором, который является дополнительным цветом, дает белый свет.Этот метод проще других решений и обеспечивает высокую эффективность, что делает его наиболее популярным выбором на рынке.

Красный светодиод + Зеленый светодиод + Синий светодиод

Сочетание трех основных цветов приведет к белому свету. Обычно этот метод используется не для освещения, а для полноцветных светодиодных устройств.

Светоизлучающий диод
LED К странице продукта

Линейка светоизлучающих диодов

ROHM включает в себя светоизлучающие диоды с боковым излучением, с задним креплением и тип лампы в дополнение к стандартным типам SMD.

светоизлучающих диодов (LED) — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 63

Введение

Светодиоды нас окружают: В наших телефонах, автомобилях и даже в домах. Каждый раз, когда загорается что-то электронное, есть большая вероятность, что за ним находится светодиод. Они бывают самых разных размеров, форм и цветов, но независимо от того, как они выглядят, у них есть одна общая черта: они — бекон электроники.Они широко используются для улучшения любого проекта и часто добавляются к невероятным вещам (ко всеобщему удовольствию).

Однако, в отличие от бекона, после приготовления они бесполезны. Это руководство поможет вам избежать случайных светодиодных барбекю! Но обо всем по порядку. Что именно — это , эта светодиодная штука, о которой все говорят?

светодиода (это «эл-и-ди») — это особый тип диодов, преобразующих электрическую энергию в свет. Фактически, LED расшифровывается как «Light Emitting Diode».«(Он делает то, что написано на жестяной банке!) И это отражается в сходстве схемных обозначений диода и светодиода:

Короче говоря, светодиоды похожи на крошечные лампочки. Однако светодиоды требуют намного меньше энергии для включения по сравнению. Они также более энергоэффективны, поэтому не нагреваются, как обычные лампочки (если вы действительно не накачиваете их энергией). Это делает их идеальными для мобильных устройств и других приложений с низким энергопотреблением. Однако не стоит их исключать из игры с большим потенциалом.Светодиоды высокой интенсивности нашли свое применение в акцентном освещении, прожекторах и даже автомобильных фарах!

У вас уже есть тяга? Желание поставить светодиоды на все? Хорошо, оставайтесь с нами, и мы покажем вам, как это сделать!

Рекомендуемая литература

Вот еще несколько тем, которые будут обсуждаться в этом руководстве. Если вы не знакомы с каким-либо из них, пожалуйста, ознакомьтесь с соответствующим руководством, прежде чем продолжить.

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы.Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

Диоды

Праймер диодный! Свойства диодов, типы диодов и их применение.

Электроэнергия

Обзор электроэнергии, скорости передачи энергии. Мы поговорим об определении мощности, ваттах, уравнениях и номинальной мощности. 1,21 гигаватта учебного удовольствия!

Полярность

Введение в полярность электронных компонентов. Узнайте, что такое полярность, в каких частях она есть и как ее идентифицировать.

Рекомендуемый просмотр

Как ими пользоваться

Итак, вы пришли к разумному выводу, что светодиоды нужно ставить на все.Мы думали, ты придешь.

Давайте пройдемся по книге правил:

1) Полярность имеет значение

В электронике полярность указывает, является ли компонент схемы симметричным или нет. Светодиоды, будучи диодами, пропускают ток только в одном направлении. А когда нет тока, нет света. К счастью, это также означает, что вы не можете сломать светодиод, подключив его обратной стороной. Скорее, это просто не сработает.

Положительная сторона светодиода называется «анодом» и отмечена более длинным «выводом» или ножкой.Другая, отрицательная сторона светодиода называется «катодом» . Ток течет от анода к катоду и никогда не течет в обратном направлении. Перевернутый светодиод может препятствовать правильной работе всей схемы, блокируя прохождение тока. Так что не волнуйтесь, если добавление светодиода нарушит вашу цепь. Попробуйте перевернуть.

2) Моар равняется лунному свету

Яркость светодиода напрямую зависит от того, сколько тока он потребляет. Это означает две вещи. Во-первых, сверхяркие светодиоды разряжают батареи быстрее, потому что дополнительная яркость возникает из-за потребляемой дополнительной мощности.Во-вторых, вы можете управлять яркостью светодиода, контролируя количество проходящего через него тока. Но создание настроения — не единственная причина сократить свое течение.

3) Есть такая вещь, как слишком много мощности

Если вы подключите светодиод непосредственно к источнику тока, он будет пытаться рассеять столько энергии, сколько ему позволено потреблять, и, как трагические герои прошлого, он уничтожит себя. Вот почему важно ограничить силу тока, протекающего через светодиод.

Для этого используем резисторы. Резисторы ограничивают поток электронов в цепи и защищают светодиод от попыток потреблять слишком большой ток. Не волнуйтесь, требуется лишь немного математики, чтобы определить наилучшее значение резистора для использования. Вы можете узнать все об этом в примерах применения нашего руководства по резисторам!

Резисторы

1 апреля 2013 г.

Учебник по резисторам. Что такое резистор, как они ведут себя параллельно / последовательно, расшифровка цветовых кодов резисторов и применения резисторов.

Не позволяйте всей этой математике пугать вас, на самом деле очень сложно что-то испортить. В следующем разделе мы рассмотрим, как сделать схему на светодиодах без калькулятора.

Светодиоды без математики

Прежде чем мы поговорим о том, как читать таблицу, давайте подключим несколько светодиодов. В конце концов, это руководство по светодиодам, а не руководство по и .

Это также не учебник по математике, поэтому мы дадим вам несколько практических правил по настройке и работе светодиодов.Как вы, наверное, уже поняли из информации в последнем разделе, вам понадобится аккумулятор, резистор и светодиод. Мы используем батарею в качестве источника питания, потому что их легко найти и они не могут обеспечить опасное количество тока.

Базовый шаблон для схемы светодиода довольно прост: просто подключите батарею, резистор и светодиод последовательно. Как это:


Резистор 330 Ом

Хорошее сопротивление резистора для большинства светодиодов составляет 330 Ом (оранжевый — оранжевый — коричневый).Вы можете использовать информацию из последнего раздела, чтобы помочь вам определить точное значение, которое вам нужно, но это светодиоды без математики … Итак, начните с подключения резистора 330 Ом в приведенную выше схему и посмотрите, что произойдет.

Пробная версия и ошибка

Что интересно в резисторах, так это то, что они рассеивают дополнительную мощность в виде тепла, поэтому, если у вас есть резистор, который нагревается, вам, вероятно, потребуется меньшее сопротивление. Однако, если ваш резистор слишком мал, вы рискуете пережечь светодиод! Учитывая, что у вас есть несколько светодиодов и резисторов, с которыми можно поиграть, вот блок-схема, которая поможет вам разработать схему светодиодов методом проб и ошибок:


Броски с таблеткой

Еще один способ зажечь светодиод — просто подключить его к батарейке типа «таблетка»! Так как батарейка не может подавать ток, достаточный для повреждения светодиода, вы можете соединить их напрямую! Просто вставьте батарейку CR2032 между выводами светодиода.Длинная ножка светодиода должна касаться стороны батареи, отмеченной знаком «+». Теперь вы можете обернуть все это скотчем, добавить магнит и приклеить его к вещам! Ура пуховикам!

Конечно, если вы не получаете хороших результатов с помощью метода проб и ошибок, вы всегда можете достать свой калькулятор и вычислить его. Не волнуйтесь, рассчитать лучшее значение резистора для вашей схемы несложно. Но прежде чем вы сможете определить оптимальное значение резистора, вам необходимо найти оптимальный ток для вашего светодиода.Для этого нам нужно отчитаться в таблице данных …

Узнать подробности

Не подключайте какие-либо странные светодиоды к своим цепям, это просто не здорово. Сначала познакомьтесь с ними. А как лучше даташит читать.

В качестве примера мы рассмотрим техническое описание нашего базового красного 5-миллиметрового светодиода.

Светодиодный ток

Начиная сверху и спускаясь вниз, первое, что мы встречаем, — это очаровательный столик:

А, да, но что все это значит?

Первая строка в таблице показывает, какой ток ваш светодиод может выдерживать непрерывно.В этом случае вы можете дать ему 20 мА или меньше, и он будет светить наиболее ярко при 20 мА. Вторая строка сообщает нам, каким должен быть максимальный пиковый ток для коротких импульсов. Этот светодиод может обрабатывать короткие удары до 30 мА, но вы не хотите поддерживать этот ток слишком долго. Эта таблица даже достаточно полезна, чтобы предложить стабильный диапазон тока (в третьей строке сверху) 16-18 мА. Это хорошее целевое число, которое поможет вам произвести расчеты резисторов, о которых мы говорили.

Следующие несколько строк менее важны для целей данного руководства.Обратное напряжение — это свойство диода, о котором в большинстве случаев не стоит беспокоиться. Рассеиваемая мощность — это количество энергии в милливаттах, которое светодиод может использовать до того, как получит повреждение. Это должно работать само по себе, пока вы держите светодиод в пределах предполагаемых номинальных значений напряжения и тока.

Напряжение светодиода

Давайте посмотрим, какие еще таблицы они здесь поставили … Ах!

Это полезный столик! Первая строка сообщает нам, каким будет прямое падение напряжения на светодиоде.Прямое напряжение — это термин, который часто используется при работе со светодиодами. Это число поможет вам решить, какое напряжение вашей цепи потребуется для подачи на светодиод. Если у вас есть более одного светодиода, подключенного к одному источнику питания, эти числа действительно важны, потому что прямое напряжение всех светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение питания. Мы поговорим об этом более подробно позже, в более глубоком разделе этого руководства.

Длина волны светодиода

Во второй строке этой таблицы указывается длина волны света.Длина волны — это, по сути, очень точный способ объяснить, какого цвета свет. Это число может немного отличаться, поэтому таблица дает нам минимум и максимум. В данном случае это от 620 до 625 нм, что находится как раз на нижнем красном конце спектра (от 620 до 750 нм). Опять же, мы рассмотрим длину волны более подробно в более глубоком разделе.

Яркость светодиода

Последняя строка (обозначенная «Luminous Intensity») — это показатель яркости светодиода. Единица мкд, или милликандела, , является стандартной единицей измерения интенсивности источника света.Этот светодиод имеет максимальную интенсивность 200 мкд, что означает, что он достаточно яркий, чтобы привлечь ваше внимание, но не совсем яркий фонарик. На 200 мкд этот светодиод будет хорошим индикатором.

Угол обзора

Далее у нас есть веерообразный график, который представляет угол обзора светодиода. В светодиодах разных стилей используются линзы и отражатели, чтобы либо сконцентрировать большую часть света в одном месте, либо максимально широко его распределить. Некоторые светодиоды похожи на прожекторы, испускающие фотоны во всех направлениях; Другие настолько направлены, что вы не можете сказать, что они идут, если не смотрите прямо на них.Чтобы прочитать график, представьте, что светодиод вертикально стоит под ним. «Спицы» на графике обозначают угол обзора. Круглые линии представляют интенсивность в процентах от максимальной интенсивности. У этого светодиода довольно узкий угол обзора. Вы можете видеть, что если смотреть прямо на светодиод, то он самый яркий, потому что при 0 градусах синие линии пересекаются с самым внешним кругом. Чтобы получить угол обзора 50%, то есть угол, при котором свет становится вдвое слабее, проследите по кругу 50% по графику, пока он не пересечет синюю линию, а затем проследите за ближайшей спицей, чтобы определить угол.Для этого светодиода угол обзора 50% составляет около 20 градусов.

Размеры

Наконец, механический чертеж. Это изображение содержит все размеры, которые вам потребуются для установки светодиода в корпусе! Обратите внимание, что, как и у большинства светодиодов, у этого есть небольшой фланец внизу. Это очень удобно, если вы хотите установить его на панели. Просто просверлите отверстие идеального размера для корпуса светодиода, и фланец не даст ему провалиться!

Теперь, когда вы знаете, как расшифровать таблицу, давайте посмотрим, какие необычные светодиоды вы можете встретить в дикой природе…

Типы светодиодов

Поздравляю, вы знаете основы! Может быть, вы даже заполучили несколько светодиодов и начали зажигать, это круто! Хотели бы вы активизировать свою игру в миг? Давайте поговорим о том, как сделать это за пределами вашего стандартного светодиода.

Крупный план сверхяркого светодиода 5 мм. Крупный план

Типы светодиодов

А вот и другие персонажи.

RGB светодиоды

Светодиоды

RGB (красный-зеленый-синий) на самом деле представляют собой три светодиода в одном! Но это не значит, что он может делать только три цвета.Поскольку красный, зеленый и синий являются дополнительными основными цветами, вы можете управлять интенсивностью каждого из них, чтобы создать каждый цвет радуги. Большинство светодиодов RGB имеют четыре контакта: по одному для каждого цвета и общий контакт. У некоторых общий штифт — это анод, а у других — катод.

Светодиод с общим прозрачным катодом RGB

светодиоды с интегральными схемами

Велоспорт

Некоторые светодиоды умнее других. Возьмем, к примеру, светодиодный индикатор велосипедного режима. Внутри этих светодиодов на самом деле есть интегральная схема, которая позволяет светодиоду мигать без какого-либо внешнего контроллера.Вот крупный план ИС (большой черный квадрат на кончике наковальни), контролирующий цвета.

5-миллиметровый светодиод с медленным циклом крупным планом

Просто включите его и смотрите! Они отлично подходят для проектов, где вам нужно немного больше действий, но нет места для схем управления. Есть даже мигающие светодиоды RGB, которые сменяют тысячи цветов!

Адресные светодиоды

Светодиоды других типов можно регулировать индивидуально.Существуют разные наборы микросхем (WS2812, APA102, UCS1903, и это лишь некоторые из них), используемые для управления отдельным светодиодом, соединенным в цепочку. Ниже представлен крупный план WS2812. Большая квадратная микросхема справа регулирует цвета по отдельности.

Адресный WS2812 PTH крупным планом

Встроенный резистор

Что это за магия? Светодиод со встроенным резистором? Верно. Есть также светодиоды с небольшим токоограничивающим резистором. Если вы внимательно посмотрите на изображение ниже, на стойке есть небольшая черная квадратная микросхема, которая ограничивает ток на этих типах светодиодов.

Светодиод со встроенным резистором крупным планом

Итак, подключите светодиод со встроенным резистором к источнику питания и зажгите его! Мы протестировали эти типы светодиодов при напряжении 3,3, 5 и 9 В.

Суперяркий зеленый светодиод с питанием от встроенного резистора

Примечание: В техническом описании светодиодов со встроенным резистором указано, что рекомендуемое прямое напряжение составляет около 5 В. При тестировании на 5 В он потребляет около 18 мА.Стресс-тест с батареей 9В, тянет около 30мА. Вероятно, это верхний предел входного напряжения. Использование более высокого напряжения может сократить срок службы светодиода. При напряжении около 16 В светодиод перегорел.

Пакеты для поверхностного монтажа (SMD)

Светодиоды

SMD — это не столько конкретный вид светодиода, сколько тип корпуса. Поскольку электроника становится все меньше и меньше, производители придумали, как втиснуть больше компонентов в меньшее пространство. Детали SMD (устройство для поверхностного монтажа) представляют собой крошечные версии своих стандартных аналогов.Вот крупный план адресного светодиода WS2812B, упакованного в небольшой корпус 5050.

Адресный WS2812B Крупный план

Светодиоды

SMD бывают разных размеров, от довольно больших до меньших, чем рисовое зернышко! Поскольку они такие маленькие и у них есть подушечки вместо ножек, с ними не так просто работать, но если у вас мало места, они могут быть именно тем, что прописал врач.

WS2812B-5050 Упаковка APA102-2020 Упаковка

Светодиоды SMD также упрощают и ускоряют сборку и размещение машин для установки партии светодиодов на печатные платы и полосы.Вероятно, вы не стали бы вручную паять все эти компоненты вручную.

Крупный план адресной светодиодной матрицы 8×32 (WS2812-5050) Адресуемая светодиодная лента 5 м (APA102-5050) с питанием от ленты

Высокая мощность

мощных светодиода от таких производителей, как Luxeon и CREE, невероятно яркие. Они ярче сверхъярких! Как правило, светодиод считается высокомощным, если он может рассеивать мощность 1 Вт или более.Это необычные светодиоды, которые вы найдете в действительно хороших фонариках. Массивы из них могут быть построены даже для прожекторов и автомобильных фар. Поскольку через светодиоды пропускается очень много энергии, часто требуются радиаторы. Радиатор — это, по сути, кусок теплопроводящего металла с большой площадью поверхности, задача которого — отводить как можно больше отработанного тепла в окружающий воздух. Некоторое тепловыделение может быть встроено в конструкцию некоторой коммутационной платы, такой как показанная ниже.

Светодиод высокой мощности RGB Алюминиевая задняя часть для рассеивания тепла

Светодиоды высокой мощности могут выделять так много тепла, что они могут повредить себя без надлежащего охлаждения. Не позволяйте термину «отработанное тепло» вводить вас в заблуждение, эти устройства по-прежнему невероятно эффективны по сравнению с обычными лампами. Для управления можно использовать драйвер светодиода постоянного тока.

Специальные светодиоды

Есть даже светодиоды, которые излучают свет за пределами обычного видимого спектра. Например, вы, вероятно, используете инфракрасные светодиоды каждый день. Они используются в таких вещах, как пульты от телевизора, для отправки небольших фрагментов информации в виде невидимого света! Они могут выглядеть как стандартные светодиоды, поэтому их будет сложно отличить от обычных светодиодов.

ИК-светодиод

На противоположном конце спектра также можно встретить ультрафиолетовые светодиоды. Ультрафиолетовые светодиоды заставят определенные материалы светиться, как черный свет! Они также используются для дезинфекции поверхностей, потому что многие бактерии чувствительны к УФ-излучению.Они также могут быть использованы для обнаружения подделок (счетов, кредитных карт, документов и т. Д.), Солнечных ожогов, список можно продолжить. При использовании этих светодиодов надевайте защитные очки.

УФ-светодиод для проверки законопроекта США

Другие светодиоды

Имея в вашем распоряжении такие модные светодиоды, нет оправдания тому, что ничего не светится. Однако, если ваша жажда знаний о светодиодах не утолена, читайте дальше, и мы подробно рассмотрим светодиоды, цвет и интенсивность света!

Углубляясь в глубины

Итак, вы закончили серию LEDs 101 и хотите большего? О, не волнуйтесь, у нас есть еще.Начнем с науки, которая заставляет светодиоды светиться … эээ … мигать. Мы уже упоминали, что светодиоды — это особый вид диодов, но давайте углубимся в то, что именно это означает:

То, что мы называем светодиодом, на самом деле представляет собой светодиод и упаковку вместе, но сам светодиод на самом деле крошечный! Это микросхема из полупроводникового материала, легированного примесями, которая создает границу для носителей заряда. Когда ток течет в полупроводник, он перескакивает с одной стороны этой границы на другую, высвобождая при этом энергию.В большинстве диодов эта энергия уходит в виде тепла, но в светодиодах эта энергия рассеивается в виде света!

Длина волны света и, следовательно, цвет зависят от типа полупроводникового материала, из которого изготовлен диод. Это потому, что структура энергетических зон полупроводников различается в зависимости от материала, поэтому фотоны излучаются с разными частотами. Вот таблица распространенных светодиодных полупроводников по частоте:

Усеченная таблица полупроводниковых материалов по цвету. Полная таблица доступна в статье Википедии для «LED» .

В то время как длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводника, интенсивность зависит от количества энергии, проталкиваемой через диод.Мы немного говорили об интенсивности света в предыдущем разделе, но это нечто большее, чем просто цифра, показывающая, насколько ярко что-то выглядит.

Единица измерения силы света называется кандела, хотя, когда вы говорите об интенсивности отдельного светодиода, вы обычно находитесь в диапазоне милликандел. В этом устройстве интересно то, что на самом деле это не показатель количества световой энергии, а реальный показатель «яркости». Это достигается за счет того, что мощность, излучаемая в определенном направлении, взвешивается по функции яркости света.Человеческий глаз более чувствителен к некоторым длинам волн света, чем к другим, и функция светимости — это стандартизированная модель, которая учитывает эту чувствительность.

Яркость светодиодов может составлять от десятков до десятков тысяч милликандел. Световой поток на вашем телевизоре, вероятно, составляет около 100 мкд, в то время как у хорошего фонарика может быть 20 000 мкд. Глядя прямо во все, что ярче нескольких тысяч милликандел, может быть болезненно; не пытайся.

Падение прямого напряжения

О, я также обещал, что мы поговорим о концепции прямого падения напряжения.Помните, когда мы смотрели техническое описание и упоминали, что прямое напряжение всех ваших светодиодов, сложенных вместе, не может превышать напряжение вашей системы? Это связано с тем, что каждый компонент в вашей схеме должен на делить напряжения, и количество напряжения, которое каждая часть использует вместе, всегда будет равняться доступному количеству. Это называется законом напряжения Кирхгофа. Поэтому, если у вас есть источник питания 5 В и каждый из ваших светодиодов имеет прямое падение напряжения 2,4 В, то вы не можете питать более двух одновременно.

Законы Кирхгофа также пригодятся, когда вы хотите приблизительно определить напряжение на данной детали на основе прямого напряжения других деталей. Например, в примере, который я только что привел, есть источник питания 5 В и 2 светодиода с падением прямого напряжения 2,4 В каждый. Конечно, мы бы хотели добавить резистор, ограничивающий ток, не так ли? Как узнать напряжение на резисторе? Это просто:

5 (напряжение системы) = 2,4 (светодиод 1) + 2,4 (светодиод 2) + резистор

5 = 4.8 + резистор

Резистор = 5-4,8

Резистор = 0,2

Значит, на резисторе 0,2 В! Это упрощенный пример, и это не всегда так просто, но, надеюсь, он дает вам представление о том, почему так важно прямое падение напряжения. Используя число напряжения, которое вы получаете из законов Кирхгофа, вы также можете делать такие вещи, как определение тока через компонент, используя закон Ома. Короче говоря, вы хотите, чтобы напряжение вашей системы было равным ожидаемому прямому напряжению компонентов вашей комбинированной схемы.

Расчет резисторов ограничения тока

Если вам нужно рассчитать точное значение резистора, ограничивающего ток, последовательно со светодиодом, ознакомьтесь с одним из примеров применения в руководстве по резисторам для получения дополнительной информации.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вы сделали это! Вы знаете, почти все … о светодиодах. А теперь иди и зажигай светодиоды, что хочешь! А теперь … драматическая реконструкция светодиода без перенапряжения токоограничивающего резистора и его выгорания:

Ага… это не впечатляюще.

Если вы хотите узнать больше о некоторых темах, связанных со светодиодами, посетите эти другие руководства:

Свет

Свет — полезный инструмент для инженера-электрика. Понимание того, как свет соотносится с электроникой, является фундаментальным навыком для многих проектов.

ИК-связь

В этом руководстве объясняется, как работает обычная инфракрасная (ИК) связь, а также показано, как настроить простой ИК-передатчик и приемник с Arduino.

Как делают светодиоды

Мы совершим экскурсию по производителю светодиодов и узнаем, как изготавливаются 5-миллиметровые светодиоды PTH для SparkFun.

LED Облако с подключением к облаку

Сделайте облако цвета RGB! Вы также можете управлять им со своего телефона или подключиться к погоде!

Хотите узнать больше о светодиодах?

На нашей странице LED вы найдете все, что вам нужно знать, чтобы начать использовать эти компоненты в своем проекте.

Отведи меня туда!

Или ознакомьтесь с некоторыми из этих сообщений блога по теме:

Светоизлучающий диод (LED) / NICHIA CORPORATION

Список светодиодных продуктов, подходящий для каждого приложения, отображается при нажатии значков ниже.

Широкий выбор, подходящий для общего освещения, требующего цветопередачи, высокой эффективности и длительного срока службы.

Различные отдельные цвета, стили упаковки и направления открывают неограниченные возможности для применения в освещении.

светодиода для полноцветных дисплеев: соответствие вашим потребностям в зависимости от области применения и среды

Высоконадежные светодиоды для автомобильных приложений с сертификатом IATF16949

светодиода идеально подходят для подсветки ЖК-дисплея.

Самый мощный УФ-светодиод с длительным сроком службы и высокой эффективностью.


Директива RoHS и бессвинцовая пайка

Все светодиоды Nichia соответствуют директиве RoHS и доступны для бессвинцовой пайки. .pdfболее

LED | электроника | Britannica

Узнайте, как работают различные типы электрического света — лампы накаливания, галогенные, люминесцентные и светодиодные

Обзор различных типов электрического света, включая лампы накаливания, галогенные, люминесцентные и светодиодные.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Посмотреть все видеоролики по этой статье

Светодиод , полностью светоизлучающий диод , в электронике, полупроводниковое устройство, которое излучает инфракрасный или видимый свет при зарядке электрическим током. Видимые светодиоды используются во многих электронных устройствах в качестве сигнальных ламп, в автомобилях в качестве фонарей заднего стекла и стоп-сигналов, а также на рекламных щитах и ​​знаках в виде буквенно-цифровых дисплеев или даже полноцветных плакатов. Инфракрасные светодиоды используются в автофокусных камерах и телевизионных пультах дистанционного управления, а также в качестве источников света в волоконно-оптических телекоммуникационных системах.

Светодиоды.

© Gussisaurio

Знакомая лампочка излучает свет за счет накала, явления, при котором нагрев проволочной нити электрическим током заставляет проволоку излучать фотоны, основные энергетические пакеты света. Светодиоды работают за счет электролюминесценции — явления, при котором испускание фотонов вызывается электронным возбуждением материала. Чаще всего в светодиодах используется арсенид галлия, хотя есть много вариантов этого основного соединения, например, арсенид алюминия-галлия или фосфид алюминия-галлия-индия.Эти соединения являются членами так называемой группы полупроводников III-V, то есть соединений, состоящих из элементов, перечисленных в столбцах III и V периодической таблицы. Изменяя точный состав полупроводника, можно изменить длину волны (и, следовательно, цвет) излучаемого света. Излучение светодиода обычно находится в видимой части спектра (т.е. с длинами волн от 0,4 до 0,7 микрометра) или в ближнем инфракрасном диапазоне (с длинами волн от 0,7 до 2,0 микрометров). Яркость света, наблюдаемого от светодиода, зависит от мощности, излучаемой светодиодом, и от относительной чувствительности глаза на излучаемой длине волны.Максимальная чувствительность достигается при 0,555 мкм, что находится в желто-оранжевой и зеленой области. Приложенное напряжение в большинстве светодиодов довольно низкое, в районе 2,0 вольт; ток зависит от области применения и колеблется от нескольких миллиампер до нескольких сотен миллиампер.

Термин диод относится к двухполюсной структуре светоизлучающего устройства. В фонарике, например, проволочная нить накала подключена к батарее через две клеммы: одна (анод) несет отрицательный электрический заряд, а другая (катод) — положительный.В светодиодах, как и в других полупроводниковых устройствах, таких как транзисторы, «выводы» на самом деле представляют собой два полупроводниковых материала разного состава и электронных свойств, соединенных вместе, чтобы сформировать переход. В одном материале (отрицательный полупроводник или полупроводник типа n ) носителями заряда являются электроны, а в другом (положительный полупроводник, или полупроводник типа p ) носителями заряда являются «дырки», созданные отсутствием электронов. Под действием электрического поля (питаемого батареей, например, когда светодиод включен), ток может протекать через переход p n , обеспечивая электронное возбуждение, которое заставляет материал люминесценция.

В типичной светодиодной структуре прозрачный эпоксидный купол служит структурным элементом, удерживающим вместе выводную рамку, линзой для фокусировки света и согласованием показателя преломления, позволяющим большему количеству света выходить из светодиодного кристалла. Чип, обычно размером 250 × 250 × 250 микрометров, устанавливается в отражающий стакан, сформированный в выводной рамке. Слои GaP: N типа p n представляют азот, добавленный к фосфиду галлия для получения зеленого излучения; слои GaAsP: N типа p n представляют азот, добавленный к фосфиду арсенида галлия с получением оранжевого и желтого излучения; а слой GaP: Zn, O типа p представляет собой цинк и кислород, добавленные к фосфиду галлия для получения красного излучения.Еще два усовершенствования, разработанные в 1990-х годах, — это светодиоды на основе фосфида алюминия, галлия и индия, которые эффективно излучают свет от зеленого до красно-оранжевого, а также светодиоды с синим светом на основе карбида кремния или нитрида галлия. Синие светодиоды можно комбинировать в кластере с другими светодиодами для получения всех цветов, включая белый, для полноцветных движущихся дисплеев.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Любой светодиод может использоваться в качестве источника света для волоконно-оптической системы передачи на короткие расстояния, то есть на расстоянии менее 100 метров (330 футов).Однако для оптоволоконной оптики дальнего действия характеристики излучения источника света выбираются таким образом, чтобы соответствовать свойствам передачи оптического волокна, и в этом случае инфракрасные светодиоды лучше подходят, чем светодиоды видимого света. Стеклянные оптические волокна имеют самые низкие потери при передаче в инфракрасной области на длинах волн 1,3 и 1,55 мкм. Чтобы соответствовать этим свойствам пропускания, используются светодиоды, которые изготовлены из фосфида арсенида индия галлия, нанесенного слоем на подложку из фосфида индия.Точный состав материала может быть отрегулирован для излучения энергии с точностью 1,3 или 1,55 микрометра.

цифровые часы

Светодиодные цифровые часы.

© Данило Калилунг / Корбис RF

Светодиоды для фотонов, физиологии и еды

  • 1.

    Паркер А. В мгновение ока: как видение спровоцировало большой взрыв эволюции (Basic Books, Нью-Йорк, 2003).

    Google Scholar

  • 2.

    Геркема, М. П., Дэвис, В. И., Фостер, Р. Г., Менакер, М. и Хат, Р. А. Ночное «узкое место» и эволюция паттернов активности у млекопитающих. Proc. R. Soc. Лондон. В 280 , 20130508 (2013).

    Google Scholar

  • 3.

    Грегори Р. Л. Глаз и мозг: Психология видения (Princeton Univ. Press, Princeton, 2015).

    Google Scholar

  • 4.

    Лукас, Р. Дж. И др. Измерение и использование света в эпоху меланопсина. Trends Neurosci . 37 , 1–9 (2014). Краткое изложение нейрофизиологии сенсорного пути меланопсина ipRGC и последствий для измерения, производства и применения света (включает бесплатный инструмент измерения для расчета фоторецептивных входов для циркадных, нейроэндокринных и нейроповеденческих реакций).

    CAS Google Scholar

  • 5.

    Фигейро, М. Г., Брейнард, Г. К., Локли, С. В., Ревелл, В. Л. и Уайт, Р. Свет и здоровье человека: обзор воздействия оптического излучения на зрительные, циркадные, нейроэндокринные и нейроповеденческие реакции. Технический меморандум IES TM-18-08 (Общество инженеров освещения, 2008 г.).

  • 6.

    Бауэрс, Б. и Анастас, П. Удлинение дня: история технологии освещения (Oxford Univ. Press, Oxford, 1998).

    Google Scholar

  • 7.

    Бойс, П. Р. Человеческий фактор в освещении (CRC Press, Boca Raton, 2014).

    Google Scholar

  • 8.

    Шивельбуш, W. Разочарованная ночь: индустриализация света в девятнадцатом веке (Univ. California Press, Беркли, 1995).

    Google Scholar

  • 9.

    Steinmetz, C.P. Радиация, свет и освещение: серия лекций по инженерному делу, прочитанных в Union College (McGraw-Hill, New York, 1918).

    Google Scholar

  • 10.

    Цао, Дж. Й., Хан, Дж., Хайц, Р. Х. и Паттисон, П. М. Голубая светодиодная Нобелевская премия: исторический контекст, современное научное понимание, польза для человека. Ann. Phys . 527 , A53 – A61 (2015). Краткое обсуждение открытий, получивших Нобелевскую премию, которые привели к появлению синих светодиодов и светодиодного освещения, а также контекста этих достижений в истории науки и техники полупроводников.

    ADS Google Scholar

  • 11.

    Программа SSL Министерства энергетики США. План исследований и разработок в области твердотельного освещения. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2018/09/f56/ssl_rd-plan_jun2016.pdf (2016).

  • 12.

    Krames, M. R. et al. Состояние и будущее мощных светодиодов для твердотельного освещения. J. Disp. Технол . 3 , 160–175 (2007).

    ADS CAS Google Scholar

  • 13.

    Tsao, J. Y. & Waide, P. Жажда света в мире: эмпирические данные и тенденции, охватывающие три столетия и шесть континентов. Leukos 6 , 259–281 (2010).

    Google Scholar

  • 14.

    Программа SSL Министерства энергетики США. Прогноз энергосбережения твердотельного освещения в системах общего освещения . https://energy.gov/sites/prod/files/2016/09/f33/energysavingsforecast16_2.pdf (2016).

  • 15.

    Шуберт, Э. Ф. и Ким, Дж. К. Твердотельные источники света становятся умными. Наука 308 , 1274–1278 (2005). Первый документ, в котором обсуждается потенциал твердотельного освещения как «интеллектуального» в том смысле, что он способен не только обеспечивать экономию энергии, но и приспосабливаться к конкретным условиям и требованиям широкого спектра приложений.

    ADS CAS Google Scholar

  • 16.

    Tsao, J. Y. et al. На пути к интеллектуальному и сверхэффективному твердотельному освещению. Adv. Опт. Материал . 2 , 809–836 (2014). Исчерпывающий обзор состояния твердотельного освещения с точки зрения его конечного потенциала как «умного», так и сверхэффективного.

    CAS Google Scholar

  • 17.

    Watson, B. От света к яркому: Сан-Диего строит крупнейший в мире муниципальный Интернет вещей. GE Reports https://www.ge.com/reports/light-bright-san-diego-leads-way-future-smart-cities/ (2017).

  • 18.

    Цао, Дж. Й., Шуберт, Э. Ф., Фуке, Р. и Лаве, М. Электрификация энергетики: долгосрочные тенденции и возможности. MRS Energy Sustain . 5 , E7 (2018).

    Google Scholar

  • 19.

    Программа SSL Министерства энергетики США. Твердотельное освещение, 2017 Приложение к предлагаемым темам исследований: Технологии и рыночный контекст .https://energy.gov/sites/prod/files/2017/09/f37/ssl_supplement_suggested-topics_sep2017_0.pdf (2017).

  • 20.

    Дейк, Д. Дж. И фон Шанц, М. Расчет времени и закрепление человеческого сна, бодрствования и исполнения симфонией осцилляторов. J. Biol. Ритмы 20 , 279–290 (2005).

    Google Scholar

  • 21.

    Тапан, К., Арендт, Дж. И Скин, Д. Дж. Спектр действия для подавления мелатонина: данные о новой системе фоторецепторов без стержней и колбочек у человека. J. Physiol . 535 , 261–267 (2001).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 22.

    Brainard, G.C. et al. Спектр действия для регуляции мелатонина у людей: данные о новом циркадном фоторецепторе. Дж. Neurosci . 21 , 6405–6412 (2001).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 23.

    Брейнард, Г. К. и Ханифин, Дж. П. Фотоны, часы и сознание. J. Biol. Ритмы 20 , 314–325 (2005).

    CAS Google Scholar

  • 24.

    Provencio, I. et al. Новый человеческий опсин во внутренней сетчатке. Дж. Neurosci . 20 , 600–605 (2000).

    CAS Google Scholar

  • 25.

    Гули Дж. Дж., Лу Дж., Chou, T. C., Scammell, T. E. и Saper, C. B. Меланопсин в исходных клетках ретиногипоталамического тракта. Nat. Neurosci . 4 , 1165 (2001).

    CAS Google Scholar

  • 26.

    Берсон Д. М., Данн Ф. А. и Такао М. Фототрансдукция ганглиозными клетками сетчатки, которые устанавливают циркадные часы. Наука 295 , 1070–1073 (2002).

    ADS CAS Google Scholar

  • 27.

    Хаттар, С., Ляо, Х. В., Такао, М., Берсон, Д. М. и Яу, К. В. Меланопсин-содержащие ганглиозные клетки сетчатки: архитектура, проекции и внутренняя светочувствительность. Наука 295 , 1065–1070 (2002).

    ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 28.

    Provencio, I., Jiang, G., De Grip, W. J., Hayes, W. P. & Rollag, M. D. Меланопсин: опсин в меланофорах, мозге и глазах. Proc. Natl Acad. Sci. США 95 , 340–345 (1998). Знаковая статья, в которой подробно описывается открытие меланопсина, что в конечном итоге привело к тому, что меланопсин был идентифицирован как функциональный фотопигмент в сетчатке глаза млекопитающих, включая человека, который играет роль в регуляции светом циркадных, нейроэндокринных, нейроповеденческих и зрительных реакций.

    ADS CAS Google Scholar

  • 29.

    Hannibal, J. et al. Центральные проекции собственно светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки у макак. J. Comp. Neurol . 522 , 2231–2248 (2014).

    CAS Google Scholar

  • 30.

    Cajochen, C., Khalsa, S. B. S., Wyatt, J. K., Cheisler, C. A. & Dijk, D. J. ЭЭГ и глазные корреляты циркадной фазы мелатонина и снижения работоспособности человека во время недосыпания. Am. J. Physiol . 277 , R640 – R649 (1999).

    CAS Google Scholar

  • 31.

    Cajochen, C., Zeitzer, J. M., Cheisler, C. A. & Dijk, D. J. Зависимость доза-реакция для интенсивности света и глазных и электроэнцефалографических коррелятов бдительности человека. Behav. Мозг Res . 115 , 75–83 (2000).

    CAS Google Scholar

  • 32.

    Cajochen, C.и другие. Высокая чувствительность человеческого мелатонина, бдительность, терморегуляция и частота сердечных сокращений к коротковолновому свету. J. Clin. Эндокринол. Метаб . 90 , 1311–1316 (2005).

    CAS Google Scholar

  • 33.

    Lockley, S. W. et al. Коротковолновая чувствительность для прямого воздействия света на бдительность, бдительность и электроэнцефалограмму в состоянии бодрствования у людей. Сон 29 , 161–168 (2006).

    Google Scholar

  • 34.

    Райт, К. П. младший, Бадиа, П., Майерс, Б. Л. и Пленцлер, С. С. Сочетание яркого света и кофеина в качестве меры противодействия нарушению бдительности и работоспособности во время длительного недосыпания. J. Сон Res . 6 , 26–35 (1997).

    Google Scholar

  • 35.

    Чанг, А.М., Шеер, Ф.А., Чейслер, К.А., Эшбах, Д.Прямое влияние света на бдительность, бдительность и электроэнцефалограмму в состоянии бодрствования у людей зависит от предшествующего светового анамнеза. Сон 36 , 1239–1246 (2013).

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 36.

    Рюгер, М., Гордийн, М. К., Бирсма, Д. Г., де Фрис, Б. и Даан, С. Слабые связи между подавлением мелатонина и подавлением сонливости / утомляемости в ответ на воздействие света. J. Сон Res . 14 , 221–227 (2005).

    Google Scholar

  • 37.

    Фиппс-Нельсон, Дж., Редман, Дж. Р., Дейк, Д. Дж. И Раджаратнам, С. М. Дневное воздействие яркого света по сравнению с тусклым светом снижает сонливость и улучшает психомоторную бдительность. Сон 26 , 695–700 (2003).

    Google Scholar

  • 38.

    Cajochen, C. et al. Вечернее пребывание на экране компьютера с подсветкой со светодиодами влияет на циркадную физиологию и когнитивные способности. J. Appl. Physiol . 110 , 1432–1438 (2011).

    Google Scholar

  • 39.

    Рахман, С. А., Сент-Илер, М. А. и Локли, С. В. Влияние спектральной настройки вечернего окружающего света на подавление мелатонина, бдительность и сон. Physiol. Поведение . 177 , 221–229 (2017).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 40.

    Сигал, А. Ю., Слеттен, Т. Л., Флинн-Эванс, Э. Э., Локли, С. В. и Раджаратнам, С. М. Дневное воздействие коротковолнового и средневолнового света не улучшило бдительность и нейроповеденческие характеристики. J. Biol. Ритмы 31 , 470–482 (2016).

    Google Scholar

  • 41.

    Sletten, T. L. et al. Рандомизированное контролируемое испытание эффективности использования света, обогащенного синим светом, для повышения бдительности и производительности у рабочих в ночную смену. Оккуп. Environ. Мед . 74 , 792–801 (2017).

    Google Scholar

  • 42.

    Лам, Р. У. и Тэм, Э. М. Руководство клинициста по использованию световой терапии (Cambridge Univ. Press, Нью-Йорк, 2009).

    Google Scholar

  • 43.

    Вирц-Джастис, А., Бенедетти, Ф., Терман, М. и Базель, С. Хронотерапевтические средства при аффективных расстройствах: руководство для клинициста по световой и бодрствующей терапии. Ann. Clin. Психиатрия 22 , 67 (2010).

    Google Scholar

  • 44.

    Брейнард, Г. К., Баргер, Л. К., Солер, Р. Р., Ханифин, Дж. П. Разработка световых средств противодействия нарушению сна и циркадному смещению во время космического полета. Curr.Opin. Pulm. Мед . 22 , 535–544 (2016).

    Google Scholar

  • 45.

    Gooley, J. J., et al. Спектральные реакции циркадной системы человека зависят от освещенности и продолжительности воздействия света. Sci. Пер. Мед . 2 , 31ра33 (2010).

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 46.

    Lall, G. S. et al. Отчетливый вклад фоторецепторов палочки, колбочки и меланопсина в кодирование освещенности. Нейрон 66 , 417–428 (2010).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 47.

    Altimus, C.M. et al. Стержневые фоторецепторы управляют циркадным фотоэнтренингом в широком диапазоне интенсивности света. Nat. Neurosci . 13 , 1107–1112 (2010).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 48.

    Dacey, D. M. et al. Ганглиозные клетки, экспрессирующие меланопсин, в сетчатке приматов сигнализируют о цвете и освещении и проецируются в LGN. Nature 433 , 749–754 (2005).

    ADS CAS Google Scholar

  • 49.

    Ecker, J. L. et al. Экспрессирующие меланопсин фоторецепторы ганглиозных клеток сетчатки: клеточное разнообразие и роль в образном зрении. Нейрон 67 , 49–60 (2010).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 50.

    Браун, Т. М., Винн, Дж., Пиггинс, Х. Д. и Лукас, Р. Дж. Множественные популяции гипоталамических клеток, кодирующие различную визуальную информацию. J. Physiol . 589 , 1173–1194 (2011).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 51.

    Brown, T. M. et al. Различение яркости на основе меланопсина у мышей и людей. Curr. Биол . 22 , 1134–1141 (2012).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 52.

    Estevez, M. E. et al. Форма и функция клеток M4, по своей природе светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки, способствующих коленно-кортикальному зрению. Дж. Neurosci . 32 , 13608–13620 (2012).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 53.

    Zaidi, F.H. et al. Коротковолновая светочувствительность циркадного, зрачкового и зрительного восприятия у людей, у которых отсутствует внешняя сетчатка. Curr. Биол . 17, , 2122–2128 (2007).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 54.

    Zele, A.J., Feigl, B., Adhikari, P., Maynard, M. L. & Cao, D. Фоторецепция меланопсина способствует визуальному обнаружению человека, временной и цветовой обработке. Sci. Репутация . 8 , 3842 (2018).

    ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 55.

    Хоригучи, Х., Винавер, Дж., Догерти, Р. Ф. и Ванделл, Б. А. Повторное посещение трихроматии человека. Proc. Natl Acad. Sci. США 110 , E260 – E269 (2013).

    ADS CAS Google Scholar

  • 56.

    Спиччан, М., Датта, Р., Стерн, А. М., Брейнард, Д. Х. и Агирре, Г. К. Реакции зрительной коры головного мозга человека на быстрое мерцание, направленное конусом и меланопсином. Дж. Neurosci . 36 , 1471–1482 (2016).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 57.

    Чжао, X., Стаффорд, Б. К., Годин, А. Л., Кинг, В. М. и Вонг, К. Y. Разнообразие фотоответа среди пяти типов собственно светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки. J. Physiol . 592 , 1619–1636 (2014).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 58.

    Prigge, C. L. et al. M1 ipRGCs влияют на зрительную функцию посредством ретроградной передачи сигналов в сетчатке. Дж. Neurosci . 36 , 7184–7197 (2016).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 59.

    Hannibal, J., Christiansen, A. T., Heegaard, S., Fahrenkrug, J. & Kiilgaard, J. F. Меланопсин, экспрессирующие ганглиозные клетки сетчатки человека: подтипы, распределение и интраретинальная связь. J. Comp. Neurol . 525 , 1934–1961 (2017).

    CAS Google Scholar

  • 60.

    Брейнард, Г. К. и Ханифин, Дж. П. Справочник по передовым технологиям освещения (Springer, Berlin, 2017).

    Google Scholar

  • 61.

    Стивенс, Р. Г., Брейнард, Г. К., Бласк, Д. Э., Локли, С. В. и Мотта, М. Е. Рак груди и нарушение циркадного ритма из-за электрического освещения в современном мире. CA Cancer J. Clin . 64 , 207–218 (2014). Краткое изложение эмпирических и эпидемиологических данных, касающихся потенциальных последствий для здоровья ненадлежащего воздействия света в ночное время, нарушающего циркадную физиологию человека, выработку мелатонина и сон.

    Google Scholar

  • 62.

    Рао, Д., Ю, Х., Бай, Й., Чжэн, X. и Се, Л. Повышает ли работа в ночную смену риск рака простаты? Систематический обзор и метаанализ. ОнкоТаргетс Тер . 8 , 2817–2826 (2015).

    CAS Google Scholar

  • 63.

    James, P. et al. Наружное освещение ночью и заболеваемость раком груди в исследовании здоровья медсестер II. Environ. Здоровье . 125 , 087010 (2017).

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 64.

    Blask, D. E. et al. Обедненная мелатонином кровь женщин в пременопаузе, подвергшихся воздействию света в ночное время, стимулирует рост ксенотрансплантатов рака груди человека у голых крыс. Cancer Res . 65 , 11174–11184 (2005).

    CAS Google Scholar

  • 65.

    Всемирная организация здравоохранения, Международное агентство по изучению рака. Сменная работа. IARC Monogr. Eval. Канцерогенный. Риски Hum . 98 , 561 (2010).

    Google Scholar

  • 66.

    Scheer, F. A., Hilton, M. F., Mantzoros, C. S. & Shea, S. A. Неблагоприятные метаболические и сердечно-сосудистые последствия смещения циркадных ритмов. Proc. Natl Acad. Sci. США 106 , 4453–4458 (2009).

    ADS CAS Google Scholar

  • 67.

    Бакстон, О.М., et al. Неблагоприятные метаболические последствия длительного ограничения сна в сочетании с нарушением циркадных ритмов у людей. Sci. Пер. Мед . 4 , 129ra43 (2012).

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 68.

    Morris, C.J. et al. Эндогенная циркадная система и циркадные отклонения влияют на толерантность к глюкозе у людей через разные механизмы. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , E2225 – E2234 (2015).

    CAS Google Scholar

  • 69.

    Моррис, К. Дж., Первис, Т. Е., Мистретта, Дж. И Шеер, Ф. А. Влияние внутренней циркадной системы и смещения циркадных ритмов на толерантность к глюкозе у постоянных сменных рабочих. J. Clin. Эндокринол. Метаб . 101 , 1066–1074 (2016).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 70.

    Leproult, R. & Van Cauter, E. in Pediatric Neuroendocrinology Vol. 17 (ред. Loche, S. et al.) 11–21 (Karger, Basel, 2010).

  • 71.

    Leproult, R., Holmbäck, U. & Van Cauter, E. Циркадное смещение увеличивает маркеры инсулинорезистентности и воспаления, независимо от потери сна. Диабет 63 , 1860–1869 (2014).

    CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 72.

    Blask, D. et al. Световое загрязнение: неблагоприятное воздействие ночного освещения на здоровье. Отчет CSAPH 4-A-12 (Американская медицинская ассоциация, 2012 г.).

  • 73.

    Чейслер, К. А., Чиасера, А. Дж. И Даффи, Дж. Ф. Исследования сна, циркадных ритмов и старения: приложения к пилотируемым космическим полетам. Exp. Геронтол . 26 , 217–232 (1991).

    CAS Google Scholar

  • 74.

    Стюарт, К. Т., Хейс, Б. К. и Истман, К. И. Световая обработка сменных рабочих НАСА. Хронобиол. Инт . 12 , 141–151 (1995).

    CAS Google Scholar

  • 75.

    Barger, L. K. et al. Учимся жить в марсианский день: меры против утомления во время миссии Phoenix Mars Lander. Сон 35 , 1423–1435 (2012).

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 76.

    Brainard, G.C. et al. Твердотельное освещение для Международной космической станции: тесты визуальных характеристик и регуляции мелатонина. Acta Astronaut . 92 , 21–28 (2013).

    ADS CAS Google Scholar

  • 77.

    Багби, Б.На пути к оптимальному спектральному качеству для роста и развития растений: важность радиационного захвата. Acta Hortic . 1134 , 1–12 (2016). Всесторонний обзор текущих исследований спектрального воздействия на фотосинтез и морфологию растений.

    Google Scholar

  • 78.

    Сноуден, М. К., Коуп, К. Р. и Багби, Б. Чувствительность семи различных видов к синему и зеленому свету: взаимодействие с потоком фотонов. PLoS ONE 11 , e0163121 (2016). Обзор взаимодействия между потоком фотонов, фотосинтезом и морфологией растений.

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 79.

    Гувер, У. Х. Зависимость ассимиляции углекислого газа в высших растениях от длины волны излучения. Смитсон. Разное. Соберите . 95 , 1–13 (1937).

    Google Scholar

  • 80.

    МакКри, К. Дж. Спектр действия, коэффициент поглощения и квантовый выход фотосинтеза у сельскохозяйственных культур. Agric. Meteorol . 9 , 191–216 (1971).

    Google Scholar

  • 81.

    Инада, К. Спектры действия фотосинтеза у высших растений. Физиология растительных клеток . 17 , 355–365 (1976).

    Google Scholar

  • 82.

    Даунс, Р.J. Контролируемые среды для исследований растений (Columbia Univ. Press, New York, 1975).

    Google Scholar

  • 83.

    Kubota, C., Eguchi, T. & Kroggel, M. Требуемая доза УФ-B-излучения для подавления повреждения, вызванного набуханием на растениях томатов. Sci. Хортик . 226 , 366–371 (2017).

    CAS Google Scholar

  • 84.

    Равив, М.& Antignus, Y. Воздействие УФ-излучения на патогены и насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур, выращиваемых в теплицах. Photochem. Фотобиол . 79 , 219–226 (2004).

    CAS Google Scholar

  • 85.

    Вент, Ф. В. Экспериментальный контроль роста растений (Chronica Botanica, Нью-Йорк, 1957). Классическая книга о первых днях фотобиологии.

    Google Scholar

  • 86.

    Höll, J. et al. Влияние импульсного стрессового воздействия УФ-В на продуктивность растений: как периоды восстановления стимулируют вторичный метаболизм, уменьшая при этом адаптивное затухание роста. Среда растительных клеток . (2018).

  • 87.

    Bugbee, B. in Light Emitting Diodes for Agriculture (ed. Gupta, D.) 81–99 (Springer, Singapore, 2017).

  • 88.

    Козай, Т., Фудзивара, К. и Ранкл, Э. С. Светодиодное освещение для городского сельского хозяйства (Спрингер, Сингапур, 2016).

  • 89.

    Карвалью С. Д. и Фолта К. М. Экологически измененные организмы — расширение генетического потенциала с помощью света. Crit. Ред. Завод Sci . 33 , 486–508 (2014). Всесторонний обзор спектрального воздействия на рост растений для 20 основных сельскохозяйственных культур.

    CAS Google Scholar

  • 90.

    Мурчи, Э. Х. и Нийоги, К. К. Манипуляции с фотозащитой для улучшения фотосинтеза растений. Физиология растений . 155 , 86–92 (2011).

    CAS Google Scholar

  • 91.

    Зелинска-Дабковска, К.М. Сделайте освещение более здоровым. Природа 553 , 274–276 (2018).

    ADS CAS Google Scholar

  • 92.

    Лист технических данных LUXEON Rebel Color Line DS68 . https: //www.lumileds.com / uploads / 265 / DS68-pdf (Lumileds Holding B.V., 2017).

  • 93.

    Roederer, M. Конъюгация моноклональных антител. http://www.drmr.com/abcon/ (2004 г.).

  • 94.

    Паттисон, П. М., Цао, Дж. Й. и Крамес, М. Р. Состояние и направления светодиодной технологии: возможности для садоводческого освещения. Acta Hortic . 1134 , 413–426 (2016).

    Google Scholar

  • Что такое светодиоды? | Вондрополис

    Вы когда-нибудь представляли, какой была жизнь до появления лампочек? В жизни было много трудностей.Люди использовали свечи, факелы и фонари для освещения своих домов. Чтобы поиграть в семейную настольную игру после обеда, потребуется газовая лампа. Вам даже нужно зажечь свечу, чтобы прочитать сказку на ночь! Не секрет, что лампочка изменила мир.

    Томас Эдисон изобрел лампочку в 1879 году. С тех пор люди внесли много улучшений в освещение. Оглянись. Сколько видов огней вы видите? У вашего настольного светильника дома, вероятно, есть обычная лампочка. Это то, что ученые называют лампой накаливания.Люминесцентные лампы могут осветить вашу школу. В некоторых случаях светильники содержат светодиоды.

    LED — светодиоды. Американец Ник Холоняк-младший сделал первый светодиод в 1962 году. Сегодня эти лампы можно найти во всем. Вы когда-нибудь видели цифровые часы? Как насчет пульта дистанционного управления? Оба этих устройства используют светодиоды для включения света и отправки сигналов. Светодиоды могут освещать наручные часы и светофоры. В вашем телевизоре также могут использоваться светодиоды!

    А что такое светодиоды? В основном, как крошечные лампочки, которые являются частью простой электрической цепи.Они во многом отличаются от обычных лампочек. Они не сильно нагреваются, что делает их более безопасными для домов с маленькими детьми. Они также направляют свет в одном направлении, что делает их полезными для рабочего освещения. Эти особенности делают светодиоды очень популярными для многих продуктов.

    Светодиоды

    работают, перемещая электроны по полупроводнику. Это движение электронов вызывает испускание света. Форма светодиодной лампы направляет свет наружу.

    Вы когда-нибудь включали выключатель света только для того, чтобы обнаружить, что лампочка перегорела? Обычные лампочки часто перегорают через несколько сотен часов использования.Светодиодные лампы могут прослужить 25 000 часов. Это больше трех лет, если они работают 24 часа в сутки!

    Светодиоды

    обычно стоят дороже, чем обычные лампочки. Однако они используют силу. Люди, которые используют светодиоды дома, обнаруживают, что это снижает их счета за электроэнергию. Поскольку они служат намного дольше обычных лампочек, светодиоды в конечном итоге становятся дешевле.

    В 2012 году в США было установлено 49 миллионов светодиодов. Вместе они сэкономили около 675 миллионов долларов на энергозатратах. Если бы все США перешли на светодиоды, это сэкономило бы 250 миллиардов долларов в течение следующих двух десятилетий! Это также снизит выбросы углерода на 1 800 миллионов метрических тонн.

    Какие еще применения люди могут найти для светодиодов? Придет ли еще лучшая лампочка? Только время покажет! Какие еще альтернативы обычным лампочкам вы можете придумать?

    Стандарты: CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.R.10, CCRA.L.1, CCRA.L.2, CCRA.SL.1, CCRA.W.2, CCRA.W.9

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *