Все о светодиодах
В последнее время наблюдается рост интереса к светодиодам, и, причем быстрее, чем рост области их применения. Похоже, что производителям и потребителям, продавцам и покупателям не совсем понятны тенденции в этой области. И лишь одни дизайнеры в рядах пионеров, — смело используют уникальный потенциал светодиодов. Ушло то время, когда светодиодами занимались только ученые в лабораториях.
До того, как будем говорить о применении светодиодов и их преимуществах, а так же об их недостатках, давайте коснемся темы о том, что же представляют собой светодиоды:
Что такое светодиоды?
Светодиодами называют полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования электрического тока в световое (электромагнитное излучение видимой части спектра) излучение. В отношении названия: «светодиод» и аббревиатура «LED» (light emitting diode, — англ.) — это одно и то же.
Из чего состоят светодиоды?
Светодиод представляет собой полупроводниковый кристалл с оптической системой и контактными выводами, и вся эта конструкция облачена в корпус.
Нынешние светодиоды почти не похожи на те, что раньше применялись исключительно для индикации.
В чем преимущество светодиодов?
В отличие от классической лампы (люминесцентной или накаливания), светодиодом преобразование электрического тока в световое излучение происходит почти без выделения тепла, а это значить, что КПД светодиода очень высокий. Это свойство делает его незаменимым при использовании в ряде приложений. Помимо этого, свет, вырабатываемый светодиодом, ценен с дизайнерской точки зрения, так как он [свет] относится к узкой части видимого спектра, а значить более чистый.
В сравнении с лампой накаливания, срок службы у светодиода будет примерно в 100 раз больше, а в сравнении с люминесцентной лампой — в 10 раз. Помимо этого, светодиоды весьма прочны и исключительно надежны.
Светодиоды относятся к низковольтным приборам.
Светодиоды, используемые для освещения, рассчитаны на напряжение12 или 24 вольта, хотя сегодня уже есть аналоги ламп и на 220 вольт, где в корпусе лампы установлены понижающие драйвера.
Светодиод работает от постоянного тока, поэтому необходимо соблюдать полярность при подключении, в противном случае прибор не будет работать или выйдет из строя. Обычно на корпусе светодиодного модуля указывается рабочее напряжение. Яркость излучения светодиода обуславливается диаграммой направленности и осевой силой светового потока. Обычно параметры цвета определяются координатами цветности, т. наз., цветовой температурой и длинной волны света например от 2700 Кельвинов (теплый белый свет) и до 6500 Кельвинов (Это холодный белый свет)
Допустимо ли регулировать яркость светодиода?
Яркость светодиода становится управляемой. Незначительно изменить цветовую температуру светодиода можно при помощи специальных приборов диммирования , причем, это не идет, ни в какое сравнение с аналогичным смещением для обычных ламп накаливания.
Что обуславливает срок службы светодиода?
Есть мнение, что светодиоды весьма долговечны. Однако это не совсем верно. Скорость наступления старости светодиодов зависит от того, насколько сильно они нагреваются, а это, в свою очередь, зависит от того, какой силы ток через них пропускается.
Поэтому срок службы у светодиодов большой мощности короче, чем у светодиодов небольшой мощности, и составляет у первых 20-50 тыс. часов. Очевидный признак старения светодиодов — это уменьшение яркости. Если яркость снизилась более чем на 30%, светодиод стоит поменять на новый.
Вредно ли светодиодное излучение для человеческого глаза?
Свойство света излучаемым светодиодом очень схоже со свойством света, излучаемым люминесцентной лампой, то есть свет близок к монохроматическому, — это и есть главное отличие от лампы накаливания или солнца. Насколько это хорошо или плохо, точно неизвестно, — в этой области серьезных исследований не производилось. Нет так же данных о вредном воздействии на человека света, излучаемого светодиодами. Будем надеяться, что в ближайшем будущем мы получим ответ на этом вопрос.
Где наиболее целесообразно применять светодиодное освещение?
Применение светодиодов возможно практически везде. Применение светодиодов в дизайнерском освещении и светодинамических устройствах оказалось незаменимым, благодаря их чистому цвету.
Светодиодное освещение наиболее целесообразно в условиях жесткой экономии электроэнергии, и при высоких требованиях к электробезопасности.
История светодиодов или с чего все начиналось? — Светал
История светодиодов или с чего все начиналось?
На сегодняшний день светодиоды являются самым современным источником света, применяемым практически повсеместно. Область применения мощных светодиодов очень широка: от декоративной подсветки внутри помещения до освещения улиц, тоннелей и магистралей. Светодиоды с успехом применяются также и в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).
Такое широкое применение связано с высокой энергоэффективностью данного источника света — минимальное потребление электроэнергии при максимальной световой отдаче. В настоящее время имеется информация, что одним из мировых производителей мощных осветительных светодиодов в лабораторных условиях достигнуты показатели 250 Лм/Вт, а в световых приборах уже используются светодиоды со световой отдачей до 180 Лм/Вт.
Ни один из традиционных источников света не может на сегодняшний день похвастаться подобными показателями энергоэффективности.
Итак, давайте же разберемся что такое светодиоды, какие они бывают и чем отличаются. Начнем с определения понятия светодиод или светоизлучающий диод (англ. light-emitting diode он же LED) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Светодиод состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.
Официальным «днём рождения» светодиода можно считать 1961 год, именно тогда Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода. Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса для компании General Electric в 1962 году и именно он считается «отцом современного светодиода».
Очень долгое время развитию светодиодов в широком применении препятсвовала очень высокая цена, которая доходила до 200 $ за 1 шт. В начале 1990-х Исама Акасаки, работавший вместе с Хироси Амано в университете Нагоя, а также Сюдзи Накамура, работавший в то время исследователем в японской корпорации Nichia Chemical Industries, смогли изобрести дешевый синий светодиод (LED). За открытие дешевого синего светодиода им троим была присуждена Нобелевская премия по физике в 2014 г. Синий светодиод, в сочетании с зеленым и красным, дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные лампы и экраны со светодиодной подсветкой.
В 2003 году, компания Citizen Electronics первой в мире произвела светодиодный модуль по запатентованной технологии непосредственно вмонтировав кристалл от Nichia на алюминиевую подложку с помощью диэлектрического клея по технологии Chip-On-Board («Чип на плате») или COB — технология монтажа микросхем и полупроводниковых приборов, при которой чип кристалла монтируют (приклеивают или непосредственно впаивают) в печатную плату, и при необходимости, заливают компаундом для защиты от внешних воздействий.
Таким образом, на сегодняшний день технология COB (Chip-on-board) является наиболее современной в области светодиодов и находит своей широкое применение, в том числе в уличных и промышленных светодиодных светильниках производства ООО «НПО «СВЕТАЛ».
Как производятся светодиоды? | Sitler’s LED Supplies
Типы и разновидности светодиодов растут с каждым днем, но сегодня мы возвращаемся к основам. Сегодня мы собрались здесь, чтобы ответить на вечный вопрос: «Как производятся светодиоды?» Мы кратко расскажем вам об основных различиях между светодиодными и традиционными источниками света, о том, какие материалы используются для создания светодиодов, как эти материалы разработаны и, наконец, как они соединяются вместе для создания наиболее энергоэффективного освещения. свет на рынке!
Предыстория: светодиоды в сравнении с традиционными светильниками
Светодиодное освещение, лампы накаливания и люминесцентные лампы не только имеют разную конструкцию, но и излучают свет по-разному.
Традиционное освещение создает свет, присоединяя провода к источнику энергии. Когда провода нагреваются, они излучают свет. Светодиоды создают свет за счет электронного возбуждения, а не тепла. Вот почему светодиоды потребляют меньше энергии и излучают меньше тепла, поскольку тепло не является основным компонентом при создании света.
Материалы для светодиодов
LED означает светоизлучающий диод. Поэтому светодиодные фонари состоят из маленьких диодов. Каждый диод создан из полупроводникового материала. Один из слоев полупроводникового материала будет иметь избыток электронов, один слой будет обеднен электронами. Эта разница в электронных уровнях позволяет электронам перемещаться из одного слоя в другой, создавая свет посредством упомянутого выше электронного возбуждения.
Чтобы разобрать его немного дальше, сам полупроводниковый материал состоит из кристаллического материала и нуждается в примесях, чтобы проводить электричество. Однако эти примеси добавляются в полупроводниковый материал позже в процессе производства.
Однако не следует путать эти примеси с несовершенством полупроводникового материала. Они не уменьшают значение диода, они увеличивают его! Добавление этих примесей в полупроводник называется легированием, и это важный материал, используемый при изготовлении светодиодов. Наиболее распространенными добавляемыми примесями являются цинк и азот.
Наконец, для питания диодов необходимо добавить электрические провода. Соединения золота и серебра часто используются в светодиодных проводах, так как они хорошо переносят пайку и хорошо нагреваются. Наконец, диоды заключены в прозрачный пластик, а не в стекло, как традиционные лампы, что делает их прочными и долговечными.
Светодиодный дизайн
При проектировании светодиодных светильников допускается немного больше творчества. В зависимости от области применения света цветовая температура, яркость и эффективность определяются до начала производства. Эти атрибуты определяются на основе размера диода, используемого полупроводникового материала, типов добавленных примесей и толщины слоев диода.
Производство: как изготавливают светодиоды
Производство светодиодов — дело тонкое и сложное, но мы постараемся подвести итог. В первую очередь необходимо изготовить полупроводниковый материал. Это называется полупроводниковая пластина. Полупроводниковый материал «выращивается» в камере с высокой температурой и высоким давлением. Такие элементы, как галлий, мышьяк и/или люминофор, очищаются и смешиваются вместе в камере, которая затем сжижается в концентрированный раствор. После того, как элементы смешаны, в раствор помещают стержень и медленно вытягивают. Раствор кристаллизуется на конце стержня, когда его вытягивают, создавая длинный цилиндрический кристаллический слиток.
Затем этот материал нарезается на полупроводниковые пластины и шлифуется, как если бы вы шлифовали стол, до тех пор, пока поверхность не станет гладкой. Затем его погружают в раствор различных растворителей для тщательной очистки, чтобы избавиться от грязи, пыли или органических материалов.
На следующем этапе процесса на пластину добавляются дополнительные слои полупроводникового материала. Это один из способов добавления примесей или добавок.
Затем на полупроводнике определяются металлические контакты. Это определяется на этапе проектирования и учитывает, будет ли диод использоваться отдельно или с другими.
Наконец, в соответствующую упаковку монтируются диоды, прикрепляются провода, а затем все заливается пластиком. Так делают светодиоды!
Узнайте больше о светодиодах от Sitler’s!
Если у вас есть дополнительные вопросы о светодиодах, посетите страницу часто задаваемых вопросов или наш блог о том, что такое светодиод! Позвоните нам сегодня по телефону (319)-519-0039, чтобы начать свое светодиодное путешествие!
Опубликовано в Основы светодиодного освещения
Как работают светодиодные фонари и как они изготавливаются?
Как работают светодиодные фонари и как они производятся?
Вам интересно, что такое светодиодные фонари? С тем, сколько энергии они помогут вам сэкономить, вы можете найти светодиодные фонари повсюду, куда бы вы ни пошли.
Это лучший выбор для коммерческого бизнеса, поскольку он помогает владельцам бизнеса больше экономить на своих ресурсах. Они нравятся даже домохозяйствам, потому что это помогает сократить расходы.
Как же работают светодиодные фонари? Что делает светодиодные лампы мощными, сохраняя при этом их эффективность?
Чтобы узнать, как они работают, вы должны сначала взглянуть на то, как они сделаны. Прочтите приведенную ниже информацию, чтобы узнать о процессах, благодаря которым светодиоды становятся такими, какие они есть.
Как работают светодиодные фонари
Теперь перейдем к сути работы светодиодных фонарей. Это все благодаря дисбалансу электронов между двумя полупроводниковыми слоями и областью p-n перехода.
Как упоминалось выше, электроны смешиваются в p-n переходе. Они задерживаются здесь, потому что ничто не побуждает их двигаться. Однако как только появляется источник питания, такой как батарея, электроны стимулируются и начинают двигаться.
Перемещаясь, электроны падают в области, где существует дисбаланс электронов. Однако из-за их скачка в другой области остается дисбаланс электронов. Это заставляет их продолжать прыгать, восполняя потребность в электронах каждый раз, когда они прыгают.
Этот скачок заставляет электроны производить энергию. Затем эти всплески стимулируют фотоны внутри атомов. Это то, что производит светодиодное освещение, и это то, что светодиод рассеивает вокруг себя.
Что делает светодиодные лампы лучше других искусственных источников света?
Все компоненты светодиодного светильника работают вместе, что делает его превосходным по сравнению с другими источниками света. То, как он генерирует свет, не похоже на то, как лампы накаливания производят свет. Лампы накаливания нагревают тонкую нить в колбе с помощью электричества.
Когда он достаточно нагреется, он быстро поджигает воздух вокруг нити накала, излучая свет. Вот почему эти лампочки больше не будут излучать свет, когда лампочка разобьется.
По этой же причине эти лампы часто нагреваются, когда их оставляют включенными.
Светодиодное освещение избавляет от необходимости использовать тепло для получения света. Фотоны, которые производят лампочки, активны, освещая область без тепла. Вот почему светодиодные лампы нагреваются дольше.
Именно поэтому светодиодные лампы более эффективны, чем традиционные источники света. Поскольку они не производят тепло, они могут преобразовывать больше электричества, которое они используют, в свет.
Благодаря отсутствию выделяемого тепла они идеально подходят для выращивания чувствительных к температуре растений в помещении. На самом деле, светодиодные лампы для выращивания растений привлекают все больше людей, занимающихся домашним садоводством.
Как ухаживать за светодиодными лампами
Несмотря на то, что они великолепны, они не являются идеальными источниками света. Вы должны убедиться, что вы заботитесь о них, чтобы гарантировать, что они прослужат дольше.
Вот несколько способов сделать это.
Покупайте их закрытыми и защищенными или часто чистите их
Из-за природы светодиода он должен быть настолько чистым, насколько это возможно. Мелкие частицы пыли могут попасть в полупроводники или корпуса. Это может привести к тому, что они будут не такими эффективными, как они могут быть в производстве света.
Большинство хороших светодиодных ламп и светильников хорошо закрыты и запломбированы на заводе. Большинство потребительских светодиодных светильников должны быть такими или должны быть обеспокоены. За исключением индивидуальных светодиодных лент или товаров для хобби, вам не придется беспокоиться об их чистке.
При попадании пыли или мусора в ваши светодиодные светильники могут произойти две вещи. Ваше светодиодное освещение может начать мерцать. Это может быть тревожным зрелищем, так как это может означать, что пришло время их заменить. Что еще хуже, так это то, что большинство людей думают, что они закончились, выбрасывают их и заменяют новыми.
Чтобы этого не произошло, лучше содержать территорию в чистоте. Подвешивайте их на высоких местах, так как на них будет труднее оседать пыль. Время от времени хорошо протирайте их.
Держите их подальше от высоких температур
Есть еще одна причина, по которой светодиодные лампы не выделяют собственное тепло. Это связано с тем, что клей может потерять свою прочность. Когда это произойдет, ваши светодиодные фонари могут вообще не работать.
Вот почему важно учитывать окружающую среду при выборе светодиодных светильников. Держите их подальше от прямых солнечных лучей и мощных источников тепла. Это поможет продлить срок службы ваших светильников.
Если у вас нет другого выбора, кроме как подвергать их воздействию прямых солнечных лучей, рассмотрите другие светодиодные продукты, такие как светодиодные солнечные фонари. Они имеют конструкцию, которая помогает диодам стать более термостойкими. Это также отличный способ помочь вашей компании стать более устойчивой.
Держите светодиодный светильник сухим
Возможно, вы думаете, что бессмысленно мочить источник света. Вам просто нужно убедиться, что он не находится близко к источнику воды. Однако вы можете не учитывать образование капель воды на самой лампе.
Это может произойти из-за влажности. Если помещение достаточно влажное, вы можете заметить, что различные поверхности намокают. Это может произойти и с вашими фарами.
Если в ваши светодиодные фонари попала вода, вы можете поцеловать ее на прощание. Это приведет к короткому замыканию и может привести к обесточиванию всего здания. Выбирайте промышленное освещение, чтобы убедиться, что оно имеет степень защиты IP65 или выше и полностью водонепроницаемо.
Как делают светодиодные фонари?
Для работы светоизлучающих диодов (LED) требуется множество компонентов. Его основными компонентами являются полупроводниковые пластины и собственно диоды.
Все начинается с производства полупроводниковых пластин.
Они сделаны из смеси различных элементов. Первым компонентом, который входит в смесь, является галлий.
Галлий хорошо работает, потому что он легко сплавляется с другими металлами. Это помогает убедиться, что другие компоненты полупроводника хорошо работают вместе. Это также то, что придает этим полупроводникам металлический серый цвет.
Производителям он больше нравится, чем ртуть, которая имеет идентичные свойства с галлием. Часто это происходит потому, что это менее токсичная альтернатива ртути.
Затем в смесь добавляют мышьяк, алюминий и фосфор. Они способствуют свечению диода. Они также играют роль в работе светодиодов, но об этом позже.
Затем их очищают, чтобы ничто не мешало процессу смешивания. Простые вещи, такие как пыль на этих компонентах, могут привести к тому, что весь полупроводник не будет работать должным образом. Затем их смешивают и превращают в концентрированный раствор.
После смешивания специальный стержень извлекает их из миксера.
Затем они кристаллизуются по мере извлечения. В итоге получается цилиндрический слиток.
Машина нарезает слиток на мелкие кусочки, а затем полирует. Это гарантирует, что он будет достаточно гладким, чтобы манипулировать им позже. Это также гарантирует, что они свободны от пыли и других органических материалов.
Легирование полупроводников
После очистки полупроводников к ним добавляются дополнительные полупроводниковые материалы. Это то, что производители называют легированием, когда они придают областям полупроводника отрицательные и положительные заряды. Весь этот процесс также известен как химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD).
Одна сторона полупроводника легируется акцепторными примесями. У них меньше электронов, что позволяет им брать больше электронов от соседних атомов. Полупроводники, обладающие этим качеством, называются полупроводниковым слоем P-типа.
Полупроводниковые слои N-типа — еще один тип, который имеет избыток электронов, в отличие от P-типа.
Это потому, что они легированы донорными примесями. Они имеют пять электронов вокруг своей зоны вместо трех, которые имеют акцепторные примеси.
Установка полупроводника
После того, как слои заряжены, следующим шагом будет создание самого полупроводника. Это начинается с размещения слоев в соответствующих областях. Они размещены на противоположных сторонах полупроводника.
Но трогать не будут, а то полупроводник перегрузится. Пока есть патенты на устройство защиты светодиодов от перегрузок, все же лучше сделать так. Если их держать отдельно друг от друга, они остаются стабильными, обеспечивая долговечность светодиодного фонаря.
Вместо этого между ними находится область, называемая «областью истощения». Его также называют «p-n переходом».
После интеграции в полупроводник электроны из слоя N-типа начинают мигрировать. Они заполняют недостающее количество электронов в слое P-типа. Электроны движутся туда и обратно, позволяя полупроводнику производить энергию.
После этого лист полупроводника готов к использованию. Все, что нужно, это диод для подключения к соответствующим слоям.
Создание диодов
Следующее, что нужно сделать, это создать диоды. Это металлические штыри, которые соединяются с полупроводниками и выступают за пределы листа. Каждый диод имеет длину около 5 мм, и создание одной светодиодной лампочки часто означает, что вам нужны десятки или сотни их, чтобы сделать их яркими.
Создание диодов начинается с заполнения форм расплавленным алюминием. Они должны превратить их в крошечные кусочки, которые крепятся к полупроводниковым слоям. Алюминий — лучший металл для этого, так как он мягкий и может легко проводить энергию.
После того, как алюминий в форме остынет, его быстро окунают в определенные химикаты, чтобы удалить прилипшую к нему грязь. После этого их оставляют сохнуть, и рамки готовы к следующему шагу.
Приклеивание рамок к полупроводникам
Этот шаг требует предельной точности, чтобы убедиться, что рамки выровнены с полупроводниками.
Вот почему машина сначала подбирает рамы и укладывает их в ровный ряд.
Затем на рамы наносится небольшое количество клея. Это позволяет фреймам позже привязываться к полупроводнику.
Прежде чем это произойдет, полупроводники должны быть разделены. Это связано с тем, что после производства многие полупроводники собираются в единый лист, известный как кристалл светодиода. Машина точно вырезает штампы, чтобы подготовить их к соединению с отдельными рамами.
На полупроводники также капают небольшое количество клея. Однако этот клей мягче, чтобы не повредить полупроводник.
После этого рабочий под микроскопом соединяет каркасы с полупроводниками. Часть, которая входит в слой P-типа, является анодом, а часть, которая попадает в слой N-типа, является катодом.
Полупроводники прилипают к рамам, потому что на них нанесен более сильный клей. После этого диод готов к подключению.
Подключение диодов
Когда дело доходит до подключения диодов самих светодиодов, только машина может быть настолько точной, насколько этого требует производитель.
Золото является предпочтительным металлом из-за его свойств проводимости. Он может хорошо проводить тепло и электричество, предотвращая повреждение золота. В лампочке можно представить, насколько важен этот выбор.
Машина устанавливает золотую проволоку поверх полупроводника, соединяя его с выводом анода. Затем они ждут, пока клей схватится, прежде чем прикрепить пластиковую линзу поверх оправы.
Это последний штрих, и часто это та область, где они имеют наибольшую свободу в дизайне. Крышки часто изготавливаются из эпоксидной смолы из-за ее прочности при высыхании. Он также достаточно прозрачен после того, как прошел несколько стадий очистки.
Наибольшая настраиваемость — это цвет линзы. В них добавляют определенные металлы для изменения цвета линз во время производства. Это предел их световой конструкции, поскольку сами диоды не могут быть изменены.
