Принципы работы светодиодов и светодиодных светильников

Светодиод – полупроводниковый кристалл, генерирующий свет конкретного цвета. Диапазон спектра излучения светодиода в значительной степени зависит от химического состава использованных полупроводников. Он кардинально отличается от традиционных источников освещения (ламп накаливания, люминесцентных и газоразрядных ламп). В светодиоде нет нити накала и газа, а также отсутствуют хрупкая стеклянная колба и ненадежные подвижные детали.

 История развития светодиодов

Первый светодиод с красным спектром излучения создан в 1962 г. Ником Холоньяком в корпорации General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е годы XX века применялись для производства маленьких световых индикаторов в различных электроприборах. Первые светодиоды испускали слабый свет, имели относительно высокое энергопотребление, однако, данное направление оказалось очень перспективным и получило бурное развитие. В 70-х годах XX века появились светодиоды, излучающие желтый и зеленый свет. Их начали применять в различной мелкой электронике — калькуляторах, часах, аварийных указателях и т.п. Световой поток светодиодов постоянно улучшался, и к 1990 году вырос до значения 1 люмен (Лм).

В 1993 году в японской компании Nichia инженер Суджи Накамура впервые создал первый синий светодиод повышенной яркости. Так как синий, красный и зеленый цвета — главные составляющими света, то после этого изобретения, можно было получить любой цвет излучения светодиодов, в том числе и белый. Первые белые светодиоды изготовлены в 1996 году. В конце 90-х годов светодиодное освещение постепенно сменяет традиционные лампы с вольфрамовой нитью накала там, где необходим окрашенный свет.

В 2001 – 2005 годах световой поток светодиодов значительно увеличился и достиг значений в 100 лм и выше. Белые светодиоды обрели оттенки — теплые и холодные, приближенные к естественному освещению. Высокоэффективные светодиодные источники освещения составили конкуренцию традиционным практически во всех областях,

уличное освещение в городах начали переводить на светодиодное. Получили распространение такие изделия как прожектор светодиодный и офисный светодиодный светильник. В настоящее время светодиодные источники освещения производятся различных форм, характеристик и назначения, например, светодиодные прожекторы, офисные светильники, светильники для бытового освещения, промышленные и уличные светодиодные светильники.

 

Принцип работы светодиодов

Светодиод состоит из одного полупроводникового p-n-перехода. В результате легирования, материал n-типа собирает отрицательные заряды, а материал р-типа – положительные. Атомы в материале n-типа обогащаются дополнительными электронами, а атомы в материале р-типа обогащаются вакантными местами на внешних электронных орбитах атомов.

При попадании диода в электрическое поле, электроны и дырки стремятся к p-n-переходу. При приближении носителей зарядов к p-n-переходу, электроны проникают в материал р-типа. При подключении отрицательного напряжения к материалу n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа, данный эффект назван прямым смещением.

Все светодиоды освещения схожи по строению. Они состоят из полупроводникового кристалла, установленного на подложку, контактов для подключения к сети, соединительных проводников для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотводящего элемента, оптической линзы и корпуса.

Индикаторные светодиоды являются маломощными, поэтому все генерируемое в них тепло рассеивается внутри них самих. Осветительные же светодиоды выделяют значительно больше тепла, поэтому им дополнительно требуется корпус с прямым припаиванием к поверхности для обеспечения интенсивного отвода тепла (типичный пример массивного теплоотводящего корпуса —

уличный светодиодный светильник)

 

Основные элементы и строение светодиодных приборов

Для использования в освещении, светодиоды должны быть объединены в единую систему, состоящую из драйвера, оптических линз, источника питания и теплоотводящего материала. Данные компоненты присутствуют в любом светодиодном светильнике.

Типовые светодиодные светильники включают в себя следующие составляющие:

• Светодиодные элементы.

• Блок питания, схемы управления и преобразователи напряжения.

• Вентиляционные отверстия и радиаторы и другие устройства для отвода тепла.

• Оптические линзы для смешивания, направления и рассеивания света.

 

 

Также светодиодные светильники включают в себя кабели для подключения к электропитанию. Линейные светильники, например, светильники для подсветки рабочей зоны на кухне, обычно снабжены соединительными элементами и перемычками для установки устройств в различной конфигурации.

 

Читайте также: Основные преимущества светодиодного освещения и светильников

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

Область применения светодиодных ламп

23.04.2013&nbsp&nbspСветодиодные лампы Фонари

С момента своего создания область применения светодиодных ламп существенно расширилась — ведь сначала они применялись исключительно в электронных устройствах в качестве ламп индикации и оповещения.

И только относительно недавно светодиодные лампы сначала начали использоваться как источник декоративного освещения, а со временем, и как полноценный источник света.

Современная область применения светодиодных ламп достаточно широка, — начиная от использования в электронных приборах, осветительных приборах автомобилей и заканчивая освещением квартир, улиц и проспектов.

Где используются светодиодные лампы?

В качестве источника освещения светодиодные лампы применяются в следующих основных областях:

• Светодиодные лампы для уличного освещения, которые позволяют получить значительную экономию электроэнергии, ведь дешевые фонари, которые использовались раньше для освещения городских улиц имели высокий уровень потребления электроэнергии.
• Светодиодные лампы для производственных и офисных целей позволяющие освещать производственные и офисные помещения различной площади и назначения.
• Светодиодные лампы для освещения производственных зданий и архитектурных сооружений. Основная сфера применения ламп этого типа, — внешняя подсветка зданий и сооружений.
• Бытовые светодиодные лампы, подразделяющиеся на два основных типа, — лампы освещения и декоративные лампы.

Кроме этого, светодиодные лампы применяются и в светодиодных прожекторах, которые используются во многих областях, и позволяют получать мощные и надежные источники света.

Еще одна область применения светодиодных ламп, — всевозможные компактные переносные фонари и небольшие прожекторы работающие на автономных источниках питания, таких, как батарейки, или аккумуляторы.

В целом, область применения светодиодных ламп расширяется с каждым годом, ведь на сегодняшний день светодиодные лампы являются самым надежным и долговечным источником света, позволяющем к тому же значительно снизить уровень потребляемой электроэнергии.

Приобрести светодиодные лампы можно как в розничных торговых точках осуществляющих продажу электротехнической продукции и светильников, так и в оптовых и мелкооптовых магазинах.

При этом лучше всего приобретать светодиодные лампы оптом, что позволяет значительно сэкономить финансовые средства на обустройство необходимого освещения.

Светодиодные лампы: особенности и преимущества Ассортимент светодиодных ламп на рынке

Устройство и принцип работы светодиодного экрана

Светодиодный экран — это прибор для трансляции видеоконтента, работающий на полупроводниковых светодиодах.

Полупроводниковый светодиод (светодиод) — это полупроводниковый прибор (проводящий ток только в одном направлении), в котором электрический ток вызывает световое излучение.

Цвет светового излучения зависит от химического состава кристалла.

Полноцветное изображение создают путем использования светодиодов 3-х цветов:

• красного (red, R),
• зеленого (green,G),
• синего (blue, B)

в матрице или кластере, которые образуют единичный пиксель (точку).

Матрица светодиодного экрана — это управляющая плата, с интегрированными в нее светодиодами, коммутационными проводящими контактами и защитными фильтрами.

Светодиоды в матрице располагаются в строгом порядке с равным интервалом по горизонтали (пиксельный шаг) и равным «межстрочным» интервалом (расстояния между линиями светодиодов по вертикали тоже одинаковое).

Кластер — это элемент светодиодного экрана, представляющий собой отдельный герметичный корпус, в котором содержится 3 (красный, зеленый, синий) и более светодиодов. С внешней стороны кластер закрыт пластиковой линзой. В кластерных светодиодных экранах/полотнах кластер является единичным пикселем.

Разрешение светодиодного экрана – плотность пикселей на единицу поверхности. Чем выше данный показатель, тем качественнее изображение.

Другой параметр, определяющий качество изображения – частота обновления картинки за 1 секунду (рефреш), измеряется в герцах.

Минимально допустимый рефреш в светодиодных дисплеях – 600 Гц.

Более медленная смена приводит к возникновению эффекта мерцания экрана, что заметно ухудшает восприятие видеоряда и негативно влияет на здоровье, физиологическое, эмоциональное состояние зрителя, вызывая глазные, головные боли.

Принципиальное устройство светодиодного дисплея

DIP типа

Светодиодные экраны DIP типа собирают из отдельных модулей (кабинетов). Светодиоды DIP типа представляют собой полупроводниковый кристалл, помещенный в герметичный корпус из пластика, стела или керамики, от которого отходят длинные клеммы. Такие кристаллы дают очень яркое свечение.

При изготовлении светодиодного модуля клеммы DIP светодиоды вставляют в предварительно подготовленные отверстия в плате и припаивают на расстояниях, обычно, от 10 мм и более. Платы производят из стекла или специального пластика. На этой же плате размещается коммутативная электроника. Припаянные DIP светодиоды возвышаются над платой, образуя свободное пространство, которое заполняют компаундом – герметизирующим составом.

Компаунд защищает от влаги и грязи, служит дополнительной механической защитой.

Экраны данного типа обычно предназначаются для улицы, поэтому с лицевой стороны устанавливают фильтры серого и УФ-фильтры, покрывают конструкцию внешним прозрачным защитным слоем.

С обратной стороны коммутационные контакты подводят к гнездам, закрывают внешним пластиковым или алюминиевым корпусом, который предотвращает попадание влаги и пыли.

Механически соединяют кабинеты посредством пластмассовых или металлических замков; при подключении модули последовательно (1 со 2, 2 с 3 и т.д.) соединяют интерфейсными кабелями, подключает кабели питания (силовые кабели).

Светодиодный экран также включает контроллеры с принимающими и передающими платами. Принимающая плата получает сигнал с управляющего компьютера/ноутбука, сигнал преобразуется и передающей платой отправляется на дисплей через интерфейсный кабель.

SMD типа

SMD светодиоды менее яркие, чем DIP, но их размеры и конструкция позволяют располагать их значительно ближе друг к другу.

Минимальное расстояние на сегодняшний день составляет 0,5 мм (Full HD).

Экраны данного типа часто применяют внутри помещений, но если корпус герметичен и электроника рассчитана на работу в большом интервале температур, они могут работать и на улице.

Светодиоды SMD типа представляют собой корпус, внутри которого расположены кристаллы трех цветов (красный, зеленый, синий), оснащенный короткими клеммами. Кристаллов может быть 3, 4 (например, 2 красных, зеленый, синий) или более. Такие светодиодные колбы интегрируют непосредственно на проводящую подложку. Компаундом их не заливают. Подложку изготавливают из стекла (модульный экран) или силикона (гибкий экран).

Сверху светодиоды покрывают специальной прозрачной защитной пленкой, повышающей механическую прочность экрана (для уличных она еще и служит гидроизоляционным слоем).

Если светодиодный экран изготавливают для улицы, на него также устанавливают УФ-фильтры.

С обратной стороны кабинетные светодиодные экраны закрывают корпусом, герметичность которого зависит от назначения (интерьерный/экстерьерный), последовательно соединяются интерфейсными кабелями; собранный дисплей/светодиодное полотно через контроллер подключают к управляющему компьютеру.

OLED типа

OLED экраны принципиально отличаются от SMD LED дисплеев природой кристаллов, способом изготовления платы и качеством видео. OLED светодиоды содержат кристаллы органического происхождения. Тончайшие слои разных полимеров образуют структуру кристалла.

Размеры OLED диодов настолько малы, что на проводящую подложку их наносят методом, аналогичным печати на струйном принтере.

Это позволяет изготовить сверхтонкие, легкие, высокопрозрачные стеклянные OLED витрины магазинов, невероятно гибкие экраны на силиконовой основе, сенсорные OLED экраны для примерочных кабин, которые служат зеркалами и помогают клиентам найти нужную информацию одним прикосновением, и многое другое.

OLED дисплеи подключаются к компьютеру управления через контроллер по интерфейсному кабелю или беспроводной связи.

Обслуживание гибких светодиодных экранов должно проводиться только высококвалифицированными специалистами.

Чем внутренние светодиодные экраны отличаются от внешних? Узнайте об этом здесь.

Какими достоинствами обладает гибкий светодиодный экран по сравнению с модульными? Мы рассказали об этом здесь.

Принцип работы светодиодного экрана

Управляющий компьютер с видеокартой, управляющее ПО, контроллеры с принимающими и передающими картами, набор интерфейсных кабелей составляют систему управления светодиодным дисплеем, которая обеспечивает работу самого дисплея.

Управление дисплеем происходит с компьютера (в т.ч. удаленно по проводной/беспроводной связи) с помощью специального программного обеспечения. ПО создается под конкретный тип экранов и поставляется вместе с ними; при необходимости управляющую программу можно купить или бесплатно скачать вместе с инструкцией.

Управляющие ПО имеют одинаковый принцип работы и схожие основные функции: загрузка контента на дисплей, создание расписаний показа роликов, защита от взлома и пр.

С компьютера видеоматериал отправляется на контроллер, где адаптируется к показу на экране. Фактически, система управления светодиодным экраном каждый кадр изображения «дробит» на множество частей, и на каждый участок LED дисплея посылает соответствующий фрагмент, что позволяет получать целостное изображение на большом экране. Без этой опции, каждый модуль экрана показывал бы одно и то же.

Большинство ПО поддерживают опцию показа видеоконтента с Интернета и прямые трансляции событий в режиме «Live» (спортивные игры, прямые включения новостных репортажей и пр.).

На тех экранах, где технически возможно создать виртуальный пиксель (мнимый пиксель, создаваемый программой, путем передачи сигнала на части соседних пикселей для визуального увеличения их количества), именно система управления его воспроизводит.