Instrucțiuni 

LED alb. Caracteristicile LED-urilor: consum de curent, tensiune, putere și putere luminoasă LED-urile roșii produc lumină albă

Introducere

Eficienţă

Eficiența luminoasă, măsurată în lumeni pe watt (lm/W, lm/W) este o valoare folosită pentru a determina eficiența conversiei energiei (în cazul nostru, electrică) în lumină. Becurile cu incandescență convenționale funcționează în intervalul 10-15 lm/W. Cu câțiva ani în urmă, valoarea standard a eficienței LED-ului era de aproximativ 30 lm/W. Dar până în 2006, eficiența LED-urilor albe s-a mai mult decât dublat: unul dintre cei mai importanți producători, Cree, a reușit să demonstreze 70 lm/W în prototipuri, reprezentând o creștere cu 43% față de puterea maximă de lumen a LED-urilor albe de producție. În decembrie 2006, Nichia a anunțat noi LED-uri albe cu o eficiență luminoasă atinsă de 150 lm/W. Aceste probe au demonstrat un flux luminos de 9,4 lm cu o temperatură de culoare de 4600 K la o putere de curent de 20 mA în condiții de laborator. Eficiența declarată este de aproximativ 11,5 ori mai mare decât cea a lămpilor cu incandescență (13 lm/W), de 1,7 ori mai mare decât cea a lămpilor fluorescente moderne (90 lm/W). Mai mult, indicatorul lămpilor cu sodiu de înaltă presiune (132 lumeni/watt), care este cea mai eficientă sursă de lumină dintre lămpile tradiționale, este depășit.

Avantaje

Lumina în stare solidă (SSL) nu este încă bine cunoscută, în ciuda varietății modalităților în care poate fi produsă și implementată prin LED-uri. Majoritatea companiilor și designerilor sunt familiarizate doar cu iluminatul alb analogic tradițional, fără a evalua cu adevărat alternativele benefice și utile oferite de LED-uri. Pe lângă beneficiile ușor previzibile care pot fi obținute din stare solidă Iluminare LED(economii de energie, durată lungă de viață etc.), ar trebui să acordați atenție următoarelor caracteristici specifice ale LED-urilor ca noi surse de lumină albă:

  • generare scăzută de căldură și tensiune de alimentare scăzută (garanții nivel inalt Securitate);
  • absența unui bec de sticlă (determină rezistența mecanică și fiabilitatea foarte ridicate);
  • fără încălzire sau tensiuni ridicate de pornire atunci când este pornit;
  • pornire/oprire fără inerție (reacție< 100 нс);
  • nu este necesar un convertor DC/AC;
  • control absolut (reglarea luminozității și culorii pe întreaga gamă dinamică);
  • spectru complet de lumină emisă (sau, dacă este necesar, un spectru specializat);
  • distribuție încorporată a luminii;
  • compactitate și ușurință de instalare;
  • absența radiațiilor ultraviolete și a altor radiații dăunătoare sănătății;
  • Nu se folosesc substanțe periculoase precum mercurul.

Cum se obține lumină albă folosind LED-uri?

Negrul este absența tuturor culorilor. Când lumina din toate părțile spectrului de culori este suprapusă (adică toate culorile sunt prezente), amestecul combinat apare alb. Aceasta este așa-numita lumină albă policromatică. Culorile primare din care pot fi obținute toate nuanțele sunt roșu, verde și albastru (RGB). Culori secundare, numite și culori complementare: liliac (un amestec de roșu și albastru); albastru (un amestec de verde și albastru); și galben (un amestec de roșu și verde). Orice culoare complementară și culoarea primară opusă se adaugă și la lumină albă (galben și albastru, cyan și roșu, liliac și verde).

Exista diferite căi primind lumină albă de la LED-uri.

Primul este amestecarea culorilor folosind tehnologia RGB. LED-urile roșii, albastre și verzi sunt amplasate dens pe o matrice, a cărei radiație este amestecată folosind un sistem optic, cum ar fi o lentilă. Rezultatul este lumina alba. O altă abordare, mai puțin obișnuită, combină culorile LED-urilor primare și secundare pentru a produce lumină albă.

În a doua metodă, un fosfor galben (sau verde plus roșu) este aplicat unui LED albastru, rezultând amestecarea a două sau trei emisii pentru a forma lumină albă sau aproape albă.

A treia metodă este că trei fosfori sunt aplicați pe suprafața unui LED care emite în domeniul ultraviolet, emițând lumină albastră, verde și, respectiv, roșie. Este asemănător cu felul în care strălucește o lampă fluorescentă.

A patra metodă de producere a luminii albe folosind LED-uri se bazează pe utilizarea unui semiconductor ZnSe. Structura este un LED ZnSe albastru „crescut” pe un substrat ZnSe. Regiunea activă a conductorului emite lumină albastră, iar substratul emite lumină galbenă.

Tip cristal

Fosfor

Culoare de emisie și nuanțe posibile

Domenii de utilizare

Albastru și Verde

Alb + R, G, B și orice combinație multicoloră

Iluminare de fundal LCD, arhitectură, peisaj, tablouri de bord și afișaje

Alb + B, Y și diverse nuanțe multicolore

Albastru verde

Roșu sau roșu-portocaliu

Alb + B, R și diverse nuanțe multicolore

Iluminat auto, arhitectură, peisaj

Albastru 470-450 nm

Numai alb

Iluminare generală și iluminare din spate

UV

Alb sau diverse culori monocromatice in functie de fosforul folosit

Iluminare generală și iluminare din spate

Albastru galben

Alb + albastru din stratul epitaxial, galben din substrat

Iluminare generală și iluminare din spate

Care metoda este mai buna?

Fiecare dintre ele are propriile sale avantaje și dezavantaje. Tehnologia de amestecare a culorilor, în principiu, permite nu numai obținerea de alb, ci și deplasarea de-a lungul diagramei de culori pe măsură ce curentul trecut prin diferite LED-uri se schimbă. Acest proces poate fi controlat manual sau prin intermediul program special. În același mod este posibil să se obțină diferite temperaturi de culoare. Prin urmare, matricele RGB sunt utilizate pe scară largă în sistemele de iluminare dinamică. In afara de asta, un numar mare de LED-urile din matrice asigură un flux luminos total ridicat și o intensitate luminoasă axială ridicată. Dar punctul de lumină, din cauza aberațiilor sistemului optic, are o culoare diferită în centru și la margini și, cel mai important, datorită eliminării neuniforme a căldurii de pe marginile matricei și din mijlocul acesteia, LED-urile se încălzesc diferit. și, în consecință, culoarea lor se schimbă diferit în timpul procesului de îmbătrânire, temperatura totală a culorii și culoarea „plutește” în timpul utilizării. Acest fenomen neplăcut este destul de dificil și costisitor de compensat.

LED-urile albe cu fosfor (LED-uri convertite în fosfor) sunt semnificativ mai ieftine decât matricele LED RGB (calculate pe unitatea de flux luminos) și oferă o culoare albă bună. Și pentru ei, în principiu, nu este o problemă să ajungi la punctul cu coordonate (X = 0,33, Y = 0,33) pe diagrama de culori CIE. Dezavantajele sunt următoarele: în primul rând, au o putere mai mică de lumină decât matricele RGB datorită conversiei luminii în stratul de fosfor; în al doilea rând, este destul de dificil să controlezi cu exactitate uniformitatea aplicării fosforului în procesul tehnologic (ca urmare, temperatura culorii nu este controlată); și în al treilea rând, fosforul îmbătrânește, mai repede decât LED-ul în sine.

LED-urile albe ZnSe au mai multe avantaje. Acestea funcționează la 2,7V și sunt foarte rezistente la descărcarea statică. LED-urile ZnSe pot emite lumină într-o gamă mult mai largă de temperaturi de culoare decât dispozitivele bazate pe GaN (3500-8500K comparativ cu 6000-8500K). Acest lucru vă permite să creați dispozitive cu o strălucire „mai caldă”, care este preferată de americani și europeni. Există și dezavantaje: deși emițătorii pe bază de ZnSe au un randament cuantic ridicat, aceștia sunt de scurtă durată, au rezistență electrică mare și nu și-au găsit încă aplicație comercială.


Aplicație

Temperatura colorată

Să luăm în considerare spectrul de emisie al unui LED alb cu un fosfor ca sursă de lumină policromatică. LED-urile albe oferă o gamă largă de culori din care să aleagă, de la alb incandescent „cald” până la alb fluorescent „rece”, în funcție de aplicație.

Această diagramă arată gamă completă alb de la regiunea sa mai caldă de 2800 K, până la regiunea rece alb-albăstruie de 9000 K. Multe nuanțe de alb sunt deja determinate de diversele surse de lumină folosite în spațiul din jurul nostru: birou, lumină rece alb-albăstruie de la lămpi fluorescente; lumină domestică, alb-gălbuie de la lămpi cu incandescență; lumina industrială, strălucitoare, albă-albăstruie, a lămpilor cu mercur; lumină galben-albă de la lămpile exterioare cu sodiu de înaltă presiune.

O bandă cu un maxim în zona galbenă (cel mai comun design). Emisia LED-ului și a fosforului, atunci când sunt amestecate, produc lumină albă de diferite nuanțe.

YouTube enciclopedic

    1 / 5

    ✪ LED-uri albe scurte

    ✪ Test de creștere cu LED alb vs roșu, albastru, alb - Amazon Lights (Intro)

    ✪ LED-uri alb rece vs alb neutru în lanterne (modele Thhrunite TN12)

    ✪ Test de creștere cu LED alb vs LED roșu/albastru - Partea 1 (Educațional) 2016

    ✪ Test de creștere cu LED alb vs roșu, albastru, alb, cu interval de timp - Salată verde Ep.1

    Subtitrări

Istoria inventiei

Primii emițători de semiconductor roșii pentru uz industrial au fost obținuți de N. Kholonyak în 1962. La începutul anilor 70 au apărut LED-urile galbene și verzi. Puterea de lumină a acestor dispozitive, la acea vreme încă ineficientă, a atins un lumen până în 1990. În 1993, Shuji Nakamura, inginer la Nichia (Japonia), a creat primul LED albastru de înaltă luminozitate. Aproape imediat au apărut dispozitivele LED RGB, deoarece culorile albastru, roșu și verde au făcut posibilă obținerea oricărei culori, inclusiv alb. LED-urile cu fosfor alb au apărut pentru prima dată în 1996. Ulterior, tehnologia s-a dezvoltat rapid, iar până în 2005, eficiența luminoasă a LED-urilor a ajuns la 100 lm/W sau mai mult. LED-urile au apărut cu diferite nuanțe de strălucire, calitatea luminii a făcut posibilă concurența cu lămpile incandescente și cu lămpile fluorescente deja tradiționale. A început utilizarea dispozitivelor de iluminat cu LED în viața de zi cu zi, în iluminatul interior și exterior.

LED-uri RGB

Lumina albă poate fi creată prin amestecarea emisiilor de la LED-uri de diferite culori. Cel mai comun design tricromatic este realizat din surse roșii (R), verzi (G) și albastre (B), deși se găsesc variante bicromatice, tetracromatice și mai mult multicromatice. Un LED multicolor, spre deosebire de alți emițători cu semiconductor RGB (corpuri de iluminat, lămpi, grupuri), are o carcasă completă, cel mai adesea similară cu un LED cu o singură culoare. Cipurile LED sunt situate unul lângă celălalt și au o lentilă și un reflector comun. Deoarece cipurile semiconductoare au o dimensiune finită și propriile modele de radiație, astfel de LED-uri au cel mai adesea caracteristici de culoare unghiulară inegale. În plus, pentru a obține raportul corect de culoare, adesea nu este suficient să setați curentul de proiectare, deoarece puterea de lumină a fiecărui cip este necunoscută în prealabil și este supusă modificărilor în timpul funcționării. Pentru a seta nuanțele dorite, lămpile RGB sunt uneori echipate cu dispozitive speciale de control.

Spectrul unui LED RGB este determinat de spectrul emițătorilor semiconductori constitutivi și are o formă de linie pronunțată. Acest spectru este foarte diferit de spectrul soarelui, prin urmare indicele de redare a culorii al LED-ului RGB este scăzut. LED-urile RGB vă permit să controlați ușor și pe scară largă culoarea strălucirii prin schimbarea curentului fiecărui LED inclus în „triada”, ajustând tonul de culoare al luminii albe pe care o emit direct în timpul funcționării - până la obținerea de culori independente individuale.

LED-urile multicolore au o dependență a eficienței luminoase și a culorii de temperatură datorită diferitelor caracteristici ale cipurilor emițătoare care alcătuiesc dispozitivul, ceea ce are ca rezultat o ușoară modificare a culorii strălucirii în timpul funcționării. Durata de viață a unui LED multicolor este determinată de durabilitatea cipurilor semiconductoare, depinde de design și depășește cel mai adesea durata de viață a LED-urilor cu fosfor.

LED-urile multicolore sunt folosite în primul rând pentru iluminatul decorativ și arhitectural, în semnalizare electronică și ecrane video.

LED-uri cu fosfor

Combinarea unui emițător cu semiconductor albastru (mai des), violet sau ultraviolet (nu este utilizat în producția de masă) și un convertor de fosfor vă permite să produceți o sursă de lumină ieftină, cu caracteristici bune. Cel mai comun design al unui astfel de LED conține un cip semiconductor de nitrură de galiu albastru modificat cu indiu (InGaN) și un fosfor cu reemisie maximă în regiunea galbenă - granat de ytriu-aluminiu dopat cu ceriu trivalent (YAG). O parte din puterea radiației inițiale a cipului părăsește corpul LED-ului, disipându-se în stratul de fosfor, cealaltă parte este absorbită de fosfor și reemisă în regiunea valorilor energetice mai mici. Spectrul de reemisie acoperă o regiune largă de la roșu la verde, dar spectrul rezultat al unui astfel de LED are o scădere pronunțată în regiunea verde-albastru-verde.

În funcție de compoziția fosforului, sunt produse LED-uri cu diferite temperaturi de culoare („cald” și „rece”). Prin combinare tipuri variate fosfor, se realizează o creștere semnificativă a indicelui de redare a culorii (CRI sau R a). Din 2017, există deja panouri LED pentru fotografiere și filmare, unde redarea culorilor este critică, dar astfel de echipamente sunt scumpe, iar producătorii sunt puțini.

Una dintre modalitățile de a crește luminozitatea LED-urilor cu fosfor, menținând sau chiar reducând costul acestora, este creșterea curentului prin cipul semiconductor fără a crește dimensiunea acestuia - creșterea densității curentului. Această metodă este asociată cu o creștere simultană a cerințelor pentru calitatea cipul în sine și calitatea radiatorului. Pe măsură ce densitatea curentului crește, câmpurile electrice din volumul regiunii active reduc puterea de lumină. Când sunt atinși curenți limită, deoarece zonele cipului LED cu concentrații diferite de impurități și lățimi diferite ale benzii interzise conduc curentul în mod diferit, are loc supraîncălzirea locală a zonelor cipului, care afectează puterea de lumină și durabilitatea LED-ului în ansamblu. Pentru a crește puterea de ieșire, menținând în același timp calitatea caracteristicilor spectrale și a condițiilor termice, LED-urile sunt produse care conțin grupuri de cipuri LED într-o singură carcasă.

Unul dintre cele mai discutate subiecte în domeniul tehnologiei LED policrome este fiabilitatea și durabilitatea acesteia. Spre deosebire de multe alte surse de lumină, un LED își modifică puterea de lumină (eficiența), modelul de radiație și nuanța de culoare în timp, dar rareori eșuează complet. Prin urmare, pentru a estima perioada utilizare benefică luați, de exemplu, pentru iluminat, un nivel de reducere a eficienței luminoase până la 70% din valoarea inițială (L70). Adică, un LED a cărui luminozitate a scăzut cu 30% în timpul funcționării este considerat defect. Pentru LED-urile utilizate în iluminatul decorativ, un nivel de reglare a luminii de 50% (L50) este utilizat ca o estimare a duratei de viață.

Durata de viață a unui LED cu fosfor depinde de mulți parametri. Pe lângă calitatea de fabricație a ansamblului LED în sine (metoda de atașare a cipului la suportul de cristal, metoda de atașare a conductorilor purtători de curent, calitatea și proprietățile de protecție ale materialelor de etanșare), durata de viață depinde în principal de caracteristicile cipului emițător în sine și asupra modificărilor proprietăților fosforului în timpul funcționării (degradare). În plus, după cum arată numeroase studii, temperatura este considerată principalul factor care influențează durata de viață a unui LED.

Efectul temperaturii asupra duratei de viață a LED-urilor

În timpul funcționării, un cip semiconductor emite o parte din energia electrică sub formă de radiație și o parte sub formă de căldură. Mai mult, în funcție de eficiența unei astfel de conversii, cantitatea de căldură este de aproximativ jumătate sau mai mult pentru cei mai eficienți emițători. Materialul semiconductor în sine are o conductivitate termică scăzută, în plus, materialele și designul carcasei au o anumită conductivitate termică neideală, ceea ce duce la încălzirea cipul la temperaturi ridicate (pentru o structură semiconductoare). LED-urile moderne funcționează la temperaturi de cip în regiunea de 70-80 de grade. Și o creștere suplimentară a acestei temperaturi atunci când se utilizează nitrură de galiu este inacceptabilă. Temperatura ridicată duce la creșterea numărului de defecte în stratul activ, duce la creșterea difuziei și la o modificare a proprietăților optice ale substratului. Toate acestea conduc la o creștere a procentului de recombinare neradiativă și absorbție a fotonilor de către materialul cip. O creștere a puterii și durabilității se realizează atât prin îmbunătățirea structurii semiconductoare în sine (reducerea supraîncălzirii locale), cât și prin dezvoltarea designului ansamblului LED și îmbunătățirea calității răcirii zonei active a cipului. De asemenea, se efectuează cercetări cu alte materiale sau substraturi semiconductoare.

Fosforul este, de asemenea, susceptibil la temperaturi ridicate. Odată cu expunerea prelungită la temperatură, centrii de reemisie sunt inhibați, iar coeficientul de conversie, precum și caracteristicile spectrale ale fosforului se deteriorează. În primele modele LED policrome și în unele moderne, fosforul este aplicat direct pe materialul semiconductor, iar efectul termic este maximizat. Pe lângă măsurile de reducere a temperaturii cipului care emite, producătorii folosesc diverse metode pentru a reduce influența temperaturii cipului asupra fosforului. Tehnologiile izolate cu fosfor și designul lămpilor LED, în care fosforul este separat fizic de emițător, pot crește durata de viață a sursei de lumină.

Corpul LED, realizat din plastic siliconic optic transparent sau rășină epoxidică, este supus îmbătrânirii sub influența temperaturii și începe să se estompeze și să se îngălbenească în timp, absorbind o parte din energia emisă de LED. Suprafețele reflectorizante se deteriorează și atunci când sunt încălzite - interacționează cu alte elemente ale corpului și sunt susceptibile la coroziune. Toți acești factori duc împreună la faptul că luminozitatea și calitatea luminii emise scade treptat. Cu toate acestea, acest proces poate fi încetinit cu succes prin asigurarea unei îndepărtari eficiente a căldurii.

Design LED cu fosfor

Un LED fosfor modern este un dispozitiv complex care combină multe soluții tehnice originale și unice. LED-ul are mai multe elemente principale, fiecare dintre ele îndeplinește o funcție importantă, adesea mai mult de o funcție:

Toate elementele de design cu LED-uri suferă stres termic și trebuie selectate ținând cont de gradul de dilatare termică a acestora. Și o condiție importantă pentru un design bun este fabricabilitatea și costul scăzut al asamblarii unui dispozitiv LED și al instalării lui într-o lampă.

Luminozitatea și calitatea luminii

Cel mai important parametru nu este nici măcar luminozitatea LED-ului, ci eficiența sa luminoasă, adică puterea de lumină de la fiecare watt de energie electrică consumată de LED. Eficiența luminoasă a LED-urilor moderne ajunge la 190 lm/W. Limita teoretică a tehnologiei este estimată la peste 300 lm/W. Atunci când se evaluează, este necesar să se țină cont de faptul că eficiența unei lămpi bazate pe LED-uri este semnificativ mai scăzută datorită eficienței sursei de alimentare, proprietăților optice ale difuzorului, reflectorului și altor elemente de design. În plus, producătorii indică adesea eficiența inițială a emițătorului la temperatura normala, în timp ce temperatura cipului în timpul funcționării este mult mai mare. Acest lucru duce la faptul că eficiența reală a emițătorului este cu 5-7% mai mică, iar cea a lămpii este adesea de două ori mai scăzută.

Al doilea nu mai puțin parametru important- calitatea luminii produsa de LED. Există trei parametri pentru a evalua calitatea redării culorilor:

Fosfor LED bazat pe un emițător de ultraviolete

Pe lângă combinația deja răspândită dintre un LED albastru și YAG, se dezvoltă și un design bazat pe un LED ultraviolet. Un material semiconductor capabil să emită în regiunea aproape ultravioletă este acoperit cu mai multe straturi de fosfor pe bază de sulfură de europiu și zinc activate de cupru și aluminiu. Acest amestec de fosfori dă maxime de reemisie în regiunile verde, albastru și roșu ale spectrului. Lumina albă rezultată are un foarte caracteristici bune calitate, dar eficacitatea unei astfel de transformări este încă scăzută. Există trei motive pentru aceasta [ ]: prima se datorează faptului că diferența dintre energia incidentului și a cuantelor emise se pierde în timpul fluorescenței (se transformă în căldură), iar în cazul excitației ultraviolete este mult mai mare. Al doilea motiv este că o parte din radiația UV care nu este absorbită de fosfor nu participă la crearea fluxului luminos, spre deosebire de LED-urile bazate pe un emițător albastru, iar o creștere a grosimii stratului de fosfor duce la o creștere a absorbția luminiscentei în ea. Și, în sfârșit, eficiența LED-urilor ultraviolete este semnificativ mai mică decât cea a celor albastre.

Avantajele și dezavantajele LED-urilor cu fosfor

Luand in considerare cost ridicat Sursele de iluminat cu LED-uri în comparație cu lămpile tradiționale, există motive convingătoare pentru a utiliza astfel de dispozitive:

Dar există și dezavantaje:

LED-urile de iluminat au și caracteristici inerente tuturor emițătorilor cu semiconductori, ținând cont de care aplicație poate fi găsită cea mai de succes, de exemplu, direcția de radiație. LED-ul strălucește doar într-o singură direcție, fără a utiliza reflectoare și difuzoare suplimentare. Corpurile de iluminat cu LED sunt cele mai potrivite pentru iluminatul local și direcțional.

Perspective pentru dezvoltarea tehnologiei LED alb

Tehnologiile pentru producerea de LED-uri albe adecvate pentru iluminat sunt în curs de dezvoltare. Cercetarea în acest domeniu este stimulată de interesul public sporit. Perspectiva unor economii semnificative de energie atrage investiții în cercetarea proceselor, dezvoltarea tehnologiei și căutarea de noi materiale. Judecând după publicațiile producătorilor de LED-uri și materiale aferente, specialiști în domeniul semiconductorilor și al ingineriei iluminatului, este posibil să se contureze căi de dezvoltare în acest domeniu:

Vezi si

Note

  1. , p. 19-20.
  2. LED-uri MC-E de la Cree, care conțin emițători roșu, verde, albastru și alb Arhivat 22 noiembrie 2012.
  3. LED-uri VLMx51 de la Vishay, care conțin emițători roșu, portocaliu, galben și alb(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  4. LED-uri multicolore XB-D și XM-L de la Cree(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  5. LED-uri XP-C de la Cree, care conțin șase emițători monocromatici(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  6. Nikiforov S.„Clasa S” de tehnologie de iluminat cu semiconductor // Componente și tehnologii: revistă. - 2009. - Nr. 6. - pp. 88-91.
  7. Truson P. Halvardson E. Avantajele LED-urilor RGB pentru dispozitivele de iluminat // Componente si Tehnologii: revista. - 2007. - Nr. 2.
  8. , p. 404.
  9. Nikiforov S. Temperatura in viata si functionarea LED-urilor // Componente si tehnologii: revista. - 2005. - Nr. 9.
  10. LED-uri pentru iluminat interior si arhitectural(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  11. Xiang Ling Oon. Soluții LED pentru sisteme de iluminat arhitectural // Tehnologia iluminatului semiconductor: revistă. - 2010. - Nr. 5. - pp. 18-20.
  12. LED-uri RGB pentru utilizare în tablouri de bord electronice(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  13. High CRI LED Iluminare  |  LED Yuji  (nedefinit) . yujiintl.com. Preluat la 3 decembrie 2016.
  14. Turkin A. Nitrura de galiu ca unul dintre materialele promițătoare în optoelectronica modernă // Componente și tehnologii: Jurnal. - 2011. - Nr. 5.
  15. LED-uri cu valori CRI ridicate(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  16. Tehnologia Cree EasyWhite(Engleză) . Revista LED-uri. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  17. Nikiforov S., Arkhipov A. Caracteristici de determinare a randamentului cuantic al LED-urilor bazate pe AlGaInN și AlGaInP la diferite densități de curent prin intermediul cristalului emițător // Componente și tehnologii: Jurnal. - 2008. - Nr. 1.
  18. Nikiforov S. Acum se pot vedea electronii: LED-urile fac electricitate foarte vizibil // Componente şi tehnologii: revistă. - 2006. - Nr. 3.
  19. LED-uri cu un aranjament matricial al unui număr mare de cipuri semiconductoare(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  20. Durata de viață a LED-urilor albe(Engleză) . NE. Departamentul de Energie. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  21. Tipuri de defecte LED și metode de analiză(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  22. , p. 61, 77-79.
  23. LED-uri de la SemiLED-uri(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  24. Programul de cercetare GaN-on-Si Silicon LED (Engleză) . LED Professional. Preluat la 10 noiembrie 2012.
  25. Tehnologia fosforului izolat a lui Cree(Engleză) . LED Professional. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.
  26. Turkin A. LED-uri cu semiconductor: istorie, fapte, perspective // ​​Tehnologia iluminatului semiconductor: revistă. - 2011. - Nr. 5. - pp. 28-33.
  27. Ivanov A.V., Fedorov A.V., Semenov S.M. Lămpi de economisire a energiei bazate pe LED-uri de înaltă luminozitate // Alimentarea cu energie și economisirea energiei - aspect regional: XII Întâlnire a întregii Ruse: materiale de rapoarte. - Tomsk: St. Petersburg Graphics, 2011. - pp. 74-77.
  28. , p. 424.
  29. Reflectori pentru LED-uri pe baza de cristale fotonice(Engleză) . Led Professional. Consultat la 16 februarie 2013. Arhivat la 13 martie 2013.
  30. XLamp XP-G3(Engleză) . www.cree.com. Preluat la 31 mai 2017.
  31. LED-uri albe cu ieșire de lumină mare pentru nevoi(Engleză) . Phys.Org™. Consultat la 10 noiembrie 2012. Arhivat la 22 noiembrie 2012.

Ecologia consumului. Știință și tehnologie: Ce fel de iluminat este necesar pentru a obține o plantă complet dezvoltată, mare, parfumată și gustoasă, cu un consum moderat de energie?

Intensitatea fotosintezei sub lumină roșie este maximă, dar numai sub lumină roșie, plantele mor sau dezvoltarea lor este perturbată. De exemplu, cercetătorii coreeni au arătat că atunci când sunt iluminate cu roșu pur, masa de salată cultivată este mai mare decât atunci când sunt iluminate cu o combinație de roșu și albastru, dar frunzele conțin mult mai puțină clorofilă, polifenoli și antioxidanți. Și Facultatea de Biologie a Universității de Stat din Moscova a stabilit că în frunzele de varză chinezească sub lumină roșie și albastră cu bandă îngustă (comparativ cu iluminarea cu o lampă cu sodiu), sinteza zaharurilor este redusă, creșterea este inhibată și înflorirea nu apar.


Orez. 1 Leanna Garfield Tech Insider - Aerofarms

Ce fel de iluminat este necesar pentru a obține o plantă complet dezvoltată, mare, parfumată și gustoasă, cu un consum moderat de energie?

Cum se evaluează eficiența energetică a unei lămpi?

Măsuri de bază pentru evaluarea eficienței energetice a phytolight:

  • Fluxul de fotoni fotosintetici (PPF), în micromoli pe joule, adică în numărul de cuante de lumină în intervalul 400-700 nm emise de o lampă care consuma 1 J de electricitate.
  • Produce flux de fotoni (YPF), în micromoli efectivi pe joule, adică în numărul de quante per 1 J de electricitate, ținând cont de multiplicatorul - curba McCree.

PPF se dovedește întotdeauna puțin mai sus decât YPF(curba McCree normalizat la unu și în cea mai mare parte a intervalului mai puțin de unu), astfel încât prima măsurătoare este benefică de utilizat de către vânzătorii de lămpi. A doua măsurătoare este mai profitabilă de utilizat pentru cumpărători, deoarece evaluează mai adecvat eficiența energetică.

Eficiența DNAT

Marile întreprinderi agricole cu experiență vastă și în numărarea banilor folosesc încă lămpi cu sodiu. Da, sunt de bunăvoie să atârne lămpile LED care le sunt furnizate peste paturile experimentale, dar nu sunt de acord să plătească pentru ele.

Din fig. 2 arată că eficiența unei lămpi cu sodiu este foarte dependentă de putere și atinge un maxim la 600 W. Valoare optimistă caracteristică YPF pentru o lampă cu sodiu 600–1000 W este 1,5 eff. µmol/J. Lămpile cu sodiu de 70–150 W sunt de o ori și jumătate mai puțin eficiente.

Orez. 2. Spectrul tipic al unei lămpi cu sodiu pentru plante (stânga). Eficiență în lumeni pe watt și în micromoli eficienți ai mărcilor comerciale de lumină cu efect de seră cu sodiu Cavita, E-Papillon, „Galad” și „Reflex” (pe dreapta)

Orice lampă LED cu o eficiență de 1,5 eff. µmol/W și preț rezonabil, poate fi considerat un înlocuitor demn pentru o lampă cu sodiu.

Eficacitatea discutabilă a phytolights roșu-albastru

În acest articol nu prezentăm spectrele de absorbție ale clorofilei deoarece este incorect să ne referim la ele într-o discuție despre utilizarea fluxului luminos de către o plantă vie. Clorofilă in vitro, izolat și purificat, absoarbe cu adevărat doar lumina roșie și albastră. Într-o celulă vie, pigmenții absorb lumina în întregul interval de 400-700 nm și își transferă energia la clorofilă. Eficiența energetică a luminii dintr-o foaie este determinată de curba " McCree 1972„(Fig. 3).

Orez. 3. V(λ) - curba de vizibilitate pentru oameni; RQE- eficienta cuantica relativa pentru centrala ( McCree 1972); σ rȘi σ fr- curbele de absorbție a luminii roșii și roșii îndepărtate de către fitocrom; B(λ) - eficiența fototropică a luminii albastre

Notă: randamentul maxim în intervalul roșu este de o ori și jumătate mai mare decât eficiența minimă în intervalul verde. Și dacă media eficiența pe o bandă oarecum largă, diferența devine și mai puțin vizibilă. În practică, redistribuirea unei părți a energiei din gama roșie în gama verde uneori, dimpotrivă, îmbunătățește funcția energetică a luminii. Lumina verde trece prin grosimea frunzelor către nivelurile inferioare, suprafața efectivă a frunzelor plantei crește brusc, iar producția, de exemplu, de salată verde crește.

În lucrare a fost studiată fezabilitatea energetică a instalațiilor de iluminat cu lămpi cu LED-uri obișnuite cu lumină albă.

Forma caracteristică a spectrului unui LED alb este determinată de:

  • echilibrul undelor scurte și lungi, corelând cu temperatura culorii (Fig. 4, stânga);
  • gradul de ocupare spectrală, care se corelează cu redarea culorii (Fig. 4, dreapta).

Orez. 4. Spectre de lumină LED albă cu aceeași redare a culorii, dar CCT cu temperatură de culoare diferită (stânga)și cu aceeași temperatură de culoare și redare diferită a culorii R a(pe dreapta)

Diferențele în spectrul diodelor albe cu aceeași redare a culorii și aceeași temperatură de culoare sunt subtile. În consecință, putem evalua parametrii dependenți de spectru doar prin temperatura culorii, redarea culorii și eficiența luminoasă - parametri care sunt înscriși pe eticheta unei lămpi convenționale cu lumină albă.

Rezultatele analizei spectrelor LED-urilor albe seriale sunt următoarele:

1. În spectrul tuturor LED-urilor albe, chiar și cu o temperatură scăzută a culorii și o redare maximă a culorii, precum lămpile cu sodiu, există extrem de puțin roșu îndepărtat (Fig. 5).

Orez. 5. Spectrul LED alb ( LED 4000K R a= 90) și lumină de sodiu ( HPS) în comparație cu funcțiile spectrale ale sensibilității plantelor la albastru ( B), roșu ( A_r) și lumină roșie departe ( A_fr)

În condiții naturale, o plantă umbrită de un baldachin de frunziș extraterestră primește un roșu mai îndepărtat decât roșu apropiat, ceea ce la plantele iubitoare de lumină declanșează „sindromul de evitare a umbrei” - planta se întinde în sus. Roșiile, de exemplu, în stadiul de creștere (nu răsaduri!) au nevoie de mult roșu pentru a se întinde, pentru a crește creșterea și suprafața totală ocupată și, prin urmare, recolta în viitor.

În consecință, sub LED-uri albe și sub lumină cu sodiu, planta se simte ca sub soarele deschis și nu se întinde în sus.

2. Lumina albastră este necesară pentru reacția de „urmărire a soarelui” (Fig. 6).

Exemple de utilizare a acestei formule:

A. Să estimăm pentru valorile de bază ale parametrilor luminii albe care ar trebui să fie iluminarea pentru a oferi, de exemplu, 300 eff pentru o anumită redare a culorii și o temperatură a culorii. µmol/s/m2:

Se poate observa că utilizarea luminii albe calde cu redare ridicată a culorii permite utilizarea unor niveluri de iluminare puțin mai scăzute. Dar dacă luăm în considerare faptul că eficiența luminoasă a LED-urilor cu lumină caldă cu redare ridicată a culorii este oarecum mai scăzută, devine clar că prin alegerea temperaturii și redarea culorii nu există niciun câștig sau pierdere semnificativă energetic. Puteți ajusta doar proporția de lumină albastră sau roșie fitoactivă.

B. Să evaluăm aplicabilitatea unui tipic Lampa cu LED scop general pentru cultivarea microverdelor.

Lasă o lampă care măsoară 0,6 × 0,6 m să consume 35 W și să aibă o temperatură de culoare de 4000 LA, redarea culorii Ra= 80 si randament luminos 120 lm/W. Atunci eficiența lui va fi YPF= (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) efect. pmol/J = 1,5 eff. µmol/J. Care, înmulțit cu cei 35 W consumați, va fi 52,5 eff. µmol/s.

Dacă o astfel de lampă este coborâtă suficient de jos deasupra unui pat de microverzi cu o suprafață de 0,6 × 0,6 m = 0,36 m 2 și evitând astfel pierderea de lumină în lateral, densitatea luminii va fi de 52,5 eff. µmol/s / 0,36m2 = 145 eff. µmol/s/m2. Aceasta este aproximativ jumătate din valorile recomandate de obicei. Prin urmare, și puterea lămpii trebuie dublată.

Compararea directă a fitoparametrilor diferitelor tipuri de lămpi

Să comparăm fitoparametrii unei lămpi LED convenționale de tavan de birou produsă în 2016 cu fitolumini specializate (Fig. 7).

Orez. 7. Parametri comparativi ai unei lămpi tipice cu sodiu de 600 W pentru sere, a unei fitolumini LED specializate și a unei lămpi pentru iluminatul general interior

Se poate observa că o lampă de iluminat generală obișnuită cu difuzorul scos atunci când luminează plantele nu este inferioară ca eficiență energetică față de o lampă specializată cu sodiu. De asemenea, este clar că fito-lampa cu lumină roșu-albastru (producătorul nu este numit în mod deliberat) este realizată la un nivel tehnologic mai scăzut, deoarece eficiența sa totală (raportul dintre puterea fluxului luminos în wați și puterea consumată de la rețeaua) este inferioară eficienței unei lămpi de birou. Dar dacă eficiența lămpilor roș-albastre și albe ar fi aceeași, atunci și fitoparametrii ar fi aproximativ la fel!

De asemenea, din spectre reiese clar că phytolight-ul roșu-albastru nu este cu bandă îngustă, cocoașa sa roșie este largă și conține mult mai mult roșu roșu decât cel al lămpii cu LED alb și cu sodiu. În cazurile în care este necesar un roșu îndepărtat, poate fi recomandabilă utilizarea unui astfel de corp de iluminat singur sau în combinație cu alte opțiuni.

Evaluarea eficienței energetice a sistemului de iluminat în ansamblu:

Răspunsul plantei la lumină: intensitatea schimbului de gaze, consumul de nutrienți din procesele de soluție și sinteză se determină în laborator. Răspunsurile caracterizează nu numai fotosinteza, ci și procesele de creștere, înflorire și sinteza substanțelor necesare pentru gust și aromă.

În fig. Figura 14 arată răspunsul plantei la modificările lungimii de undă a luminii. Intensitatea aportului de sodiu și fosfor din soluția nutritivă a fost măsurată prin mentă, căpșuni și salată verde. Vârfurile din astfel de grafice sunt semne că o anumită reacție chimică este stimulată. Graficele arată că excluderea unor intervale din spectrul complet de dragul salvării este același lucru cu eliminarea unor taste ale pianului și redarea unei melodii pe cele rămase.

Orez. 14. Rolul stimulant al luminii pentru consumul de azot si fosfor in menta, capsuni si salata verde.

Principiul factorului de limitare poate fi extins la componentele spectrale individuale - pentru un rezultat complet, în orice caz, este nevoie de spectrul complet. Eliminarea unor intervale din spectrul complet nu duce la o creștere semnificativă a eficienței energetice, dar „butoiul Liebig” poate funcționa - iar rezultatul va fi negativ.
Exemplele demonstrează că lumina LED albă obișnuită și „fitolight-ul roșu-albastru” specializat au aproximativ aceeași eficiență energetică atunci când luminează plantele. Dar albul de bandă largă satisface în mod cuprinzător nevoile plantei, care sunt exprimate nu numai în stimularea fotosintezei.

Eliminarea verdelui din spectrul continuu, astfel încât lumina să treacă de la alb la violet este un truc de marketing pentru cumpărătorii care doresc o „soluție specială”, dar nu sunt clienți calificați.

Reglarea luminii albe

Cele mai comune LED-uri albe de uz general au o redare slabă a culorilor Ra= 80, care se datorează în primul rând lipsei culorii roșii (Fig. 4).

Lipsa roșului din spectru poate fi compensată prin adăugarea de LED-uri roșii la lampă. Această soluție este promovată, de exemplu, de companie CREE. Logica „butoiului Liebig” sugerează că un astfel de aditiv nu va dăuna dacă este cu adevărat un aditiv și nu o redistribuire a energiei din alte game în favoarea roșului.

Lucrări interesante și importante au fost realizate în 2013-2016 de către Institutul de Probleme Biomedicale al Academiei Ruse de Științe: au studiat modul în care adăugarea a 4000 de LED-uri albe la lumină afectează dezvoltarea varzei chinezești. LA / Ra= 70 LED-uri roșii de bandă îngustă luminoase 660 nm.

Și am aflat următoarele:

  • Sub lumină LED, varza crește aproximativ la fel ca sub lumina cu sodiu, dar are mai multă clorofilă (frunzele sunt mai verzi).
  • Greutatea uscată a culturii este aproape proporțională cu cantitatea totală de lumină în alunițe primită de plantă. Mai multă lumină - mai multă varză.
  • Concentrația de vitamina C din varză crește ușor odată cu creșterea iluminării, dar crește semnificativ odată cu adăugarea de lumină roșie la lumina albă.
  • O creștere semnificativă a proporției componentei roșii în spectru a crescut semnificativ concentrația de nitrați în biomasă. A fost necesară optimizarea soluției nutritive și introducerea unei părți din azot sub formă de amoniu pentru a nu depăși concentrația maximă admisă pentru nitrați. Dar în lumină albă pură a fost posibil să se lucreze numai cu forma de nitrat.
  • În același timp, o creștere a proporției de roșu în fluxul total de lumină nu are aproape niciun efect asupra greutății culturii. Adică, completarea componentelor spectrale lipsă afectează nu cantitatea recoltei, ci calitatea acesteia.
  • Eficiența mai mare de moli pe watt a unui LED roșu înseamnă că adăugarea de roșu la alb este, de asemenea, eficientă din punct de vedere energetic.

Astfel, adăugarea de roșu la alb este recomandabilă în cazul particular al verzei chinezești și destul de posibil în cazul general. Desigur, cu control biochimic și selecție corectăîngrășăminte pentru o anumită cultură.

Opțiuni pentru îmbogățirea spectrului cu lumină roșie

Planta nu știe de unde a venit cuantul din spectrul luminii albe și de unde a venit cuantul „roșu”. Nu este nevoie să faceți un spectru special într-un singur LED. Și nu este nevoie să străluciți lumină roșie și albă de la o fito-lămpiă specială. Este suficient să folosiți lumină albă de uz general și să iluminați suplimentar planta cu o lampă roșie separată. Și când o persoană se află lângă plantă, lumina roșie poate fi stinsă folosind un senzor de mișcare pentru a face planta să arate verde și frumoasă.

Dar se justifică și soluția opusă - prin selectarea compoziției fosforului, extindeți spectrul LED-ului alb către unde lungi, echilibrându-l astfel încât lumina să rămână albă. Și obțineți lumină albă cu redare foarte ridicată a culorilor, potrivită atât pentru plante, cât și pentru oameni.

Este deosebit de interesant să creștem proporția de roșu, crescând indicele general de redare a culorii, în cazul agriculturii urbane - o mișcare socială de a crește plantele necesare oamenilor în oraș, combinând adesea spațiul de locuit și, prin urmare, mediul luminos al oameni si plante.

Întrebări deschise

Este posibil să se identifice rolul raportului dintre lumină roșie de departe și aproape și oportunitatea utilizării „sindromului de evitare a umbrei” pentru diferite culturi. Se poate argumenta în ce zone în timpul analizei este recomandabil să se împartă scara lungimii de undă.

Se poate discuta dacă planta are nevoie de lungimi de undă mai scurte de 400 nm sau mai mari de 700 nm pentru stimulare sau funcție de reglare. De exemplu, există un raport privat conform căruia radiațiile ultraviolete afectează în mod semnificativ calitățile de consum ale plantelor. Printre altele, soiurile de salată verde cu frunze roșii sunt cultivate fără lumină ultravioletă și cresc verzi, dar înainte de vânzare sunt iradiate cu lumină ultravioletă, se înroșesc și sunt trimise la tejghea. Și noua măsurătoare este corectă? PBAR (radiații biologic active ale plantelor), descrise în standard ANSI/ASABE S640, Cantități și unități de radiație electromagnetică pentru plante (organisme fotosintetice, prescrie ținând cont de intervalul 280–800 nm.

Concluzie

Lanțurile de magazine aleg mai multe soiuri stabile la raft, iar apoi cumpărătorul votează cu ruble pentru fructe mai strălucitoare. Și aproape nimeni nu alege gustul și aroma. Dar de îndată ce devenim mai bogați și începem să cerem mai mult, știința va furniza instantaneu soiurile și rețetele necesare pentru soluția nutritivă.

Și pentru ca planta să sintetizeze tot ceea ce este necesar pentru gust și aromă, va necesita iluminare cu un spectru care să conțină toate lungimile de undă la care planta va reacționa, adică, în cazul general, un spectru continuu. Poate că soluția de bază va fi lumina albă cu o redare ridicată a culorilor.

Literatură
1. Fiul K-H, Oh M-M. Forma frunzelor, creșterea și compușii fenolici antioxidanti ai două soiuri de salată verde cultivate sub diferite combinații de diode emițătoare de lumină albastre și roșii // Hortscience. – 2013. – Vol. 48. – P. 988-95.
2. Ptushenko V.V., Avercheva O.V., Bassarskaya E.M., Berkovich Yu A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Zhigalova T.V., 2015. Motive posibile pentru o scădere a creșterii verzei chinezești sub lumină combinată de bandă îngustă roșie și albastră, în comparație cu lumina roșie și albastră. lampă cu sodiu de înaltă presiune. Scientia Horticulturae https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.08.021
3. Sharakshane A., 2017, Întregul mediu de lumină de înaltă calitate pentru oameni și plante. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2017.07.001
4. C. Dong, Y. Fu, G. Liu & H. Liu, 2014, Creșterea, caracteristicile fotosintetice, capacitatea antioxidantă și randamentul biomasei și calitatea grâului (Triticum aestivum L.) expus la Lumina LED Surse cu diferite combinații de spectre
5. Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D. et al. Efectele diodelor emițătoare de lumină roșii, albastre și albe asupra creșterii, dezvoltării și calității comestibile a salatei cultivate hidroponic (Lactuca sativa L. var. capitata) // Scientia Horticulturae. – 2013. – V. 150. – P. 86–91.
6. Lu, N., Maruo T., Johkan M., et al. Efectele luminii suplimentare cu diode emițătoare de lumină (LED-uri) asupra producției de roșii și a calității plantelor de tomate cu un singur trunchi cultivate la densitate mare de plantare // Environ. Control. Biol. – 2012. Vol. 50. – P. 63–74.
7. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., O.S. Yakovleva, A.I. Znamensky, I.G. Tarakanov, S.G. Radcenko, S.N. Lapach. Justificarea regimurilor optime de iluminare a plantelor pentru sera spațială Vitacycle-T. Medicina aerospațială și de mediu. 2016. T. 50. Nr 4.
8. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Yakovleva O.S., Znamensky A.I., Tarakanov I.G., Radchenko S.G., Lapach S.N., Trofimov Yu.V., Tsvirko V.I. Optimizarea sistemului de iluminare cu LED al unei sere cu spații de vitamine. Medicina aerospațială și de mediu. 2016. T. 50. Nr 3.
9. Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Smolyanina S.O., Pomelova M.A., Erokhin A.N., Yakovleva O.S., Tarakanov I.G. Influența parametrilor regimului de lumină asupra acumulării de nitrați în biomasa supraterană a varzei chinezești (Brassica chinensis L.) atunci când este cultivată cu iradiatoare LED. Agrochimie. 2015. Nr. 11.

Dacă aveți întrebări pe această temă, adresați-le experților și cititorilor proiectului nostru.

Acum, probabil, numai surzii nu au auzit Lămpi cu LED-uriși LED-uri ultra-luminoase. Printre radioamatorii, LED-ul ultra-luminos a fost multă vreme obiectul unui studiu atent și elementul principal al dispozitivelor inovatoare de casă. Da, nu este de mirare, LED-urile super-luminoase sunt interesante în primul rând pentru eficiența lor și caracteristicile bune de ieșire a luminii. LED-urile au o rezistență mecanică bună și nu se tem de vibrații și tremurări. Nu este de mirare că LED-urile de mare putere sunt din ce în ce mai folosite în industria auto.

O altă calitate pozitivă importantă a LED-urilor este că încep să emită imediat după ce este aplicată alimentarea. Lămpile fluorescente, de exemplu, sunt inferioare LED-urilor în acest sens. Pentru performanță de lungă durată lampă fluorescentă recomandat pornire la cald când filamentele sunt preîncălzite. Lampa se aprinde după câteva secunde.

La începutul anilor '90, Nichia a introdus primele LED-uri albastre și albe din lume. De atunci, a început o cursă tehnologică în producția de LED-uri ultra-luminoase și de mare putere.

Un LED în sine nu poate emite lumină albă, deoarece lumina albă este suma tuturor culorilor. Dioda electro luminiscenta emite lumină într-un mod strict definit lungime de undă. Culoarea radiației LED depinde de lățimea decalajului energetic al tranziției, unde are loc recombinarea electronilor și a găurilor.

Lățimea decalajului de energie, la rândul său, depinde de materialul semiconductor. Pentru a obține lumină albă pe cristal LED albastru Se aplică un strat de fosfor care, atunci când este expus la radiații albastre, emite lumină galbenă și roșie. Rezultatul amestecului albastru, galben și roșu este lumina albă.

Aceasta este una dintre numeroasele tehnologii utilizate pe scară largă pentru producerea de lumină albă folosind diode emițătoare de lumină.

Tensiunea de alimentare pentru LED-urile albe ultra-luminoase variază de obicei de la 2,8 inainte de 3,9 volt. Caracteristicile exacte ale LED-ului pot fi găsite în descriere (fișa tehnică).

LED-urile albe puternice, ultra-luminoase, deși sunt disponibile, sunt încă scumpe în comparație cu LED-urile indicatoare roșii și verzi, așa că trebuie să aveți grijă când le utilizați în instalațiile de iluminat sursă de alimentare LED de înaltă calitate.

În ciuda faptului că resursa de LED-uri este destul de lungă, orice emițător de lumină semiconductor Foarte sensibil la supracurent. Ca urmare a supraîncărcărilor, LED-ul poate rămâne funcțional, dar puterea sa de lumină va fi semnificativ mai mică. În unele cazuri, un LED care funcționează parțial poate cauza defecțiunea celorlalte LED-uri conectate cu acesta.

Pentru a preveni supraîncărcarea LED-urilor și, în consecință, defectarea acestora, drivere de putere pe microcircuite specializate. Driverul de putere nu este altceva decât o sursă de curent stabilizată. Pentru a regla luminozitatea LED-urilor, se recomandă utilizarea modulării impulsurilor.

Este posibil ca în curând producătorii de LED-uri de mare putere să integreze un cip stabilizator de curent direct în designul unui LED de mare putere, similar cu LED-urile intermitente ( led clipind ), care au un cip generator de impulsuri încorporat.

Un LED poate funcționa zeci de ani, cu condiția ca cristalul emițător de lumină să nu devină foarte fierbinte din cauza fluxului de curent. În LED-urile moderne de mare putere, curentul de alimentare poate ajunge la mai mult de 1000 mA(1 Amperi!) la o tensiune de alimentare de 2,5 inainte de 3,6 – 4 volt. De exemplu, LED-urile de mare putere au acești parametri. Lumileds . Pentru a elimina excesul de căldură din astfel de LED-uri, se folosește un radiator din aluminiu, combinat structural cu cristalul LED. Producătorii de LED-uri albe de mare putere recomandă și instalarea acestora pe calorifere suplimentare. Concluzia este evidentă - dacă doriți o funcționare pe termen lung a LED-urilor, asigurați-vă o bună disipare a căldurii.

Când instalați LED-uri de mare putere, trebuie să vă amintiți că baza conducătoare de căldură a LED-ului nu este neutru din punct de vedere electric. În acest sens, este necesar să se asigure izolarea electrică a bazelor LED atunci când sunt montate pe un radiator comun.

Deoarece tensiunea de alimentare tipică pentru LED-urile ultra-luminoase este 3,6 volți, atunci astfel de LED-uri pot fi utilizate cu ușurință pentru lanternele cu LED-uri împreună cu bateriile reîncărcabile de format A.A.. Pentru a alimenta LED-ul, veți avea nevoie de 3 baterii reîncărcabile conectate în serie cu o tensiune de 1,2 volt. Tensiunea totală va fi exact cea necesară 3,6 volt. În acest caz, nu sunt necesare convertoare de tensiune.

Prețul încă ridicat al LED-urilor de mare putere se datorează complexității fabricării unui LED de mare putere. Costul instalatiilor tehnologice moderne care produc cristale LED de mare putere folosind tehnologia epitaxiala este de 1,5 - 2 milioane de dolari!

Din punct de vedere structural, un LED puternic este un dispozitiv destul de complex.

În figura este prezentat dispozitivul LED-ului ultraluminos Luxeon III de la Lumileds, cu o putere 5 wați .

După cum se poate observa din figură, LED modern ultra-luminos este un dispozitiv complex care necesită mulți pași tehnologici în fabricație.

În prezent, producătorii de LED-uri de mare putere încearcă diverse tehnologii fabricarea LED-urilor folosind diverse materiale și componente. Toate acestea au ca scop reducerea costului LED-urilor și asigurarea calității cerute a produsului.

Trebuie remarcat faptul că un LED puternic, fabricat cu încălcarea procesului tehnologic și folosind materiale de calitate scăzută, după un timp de funcționare își pierde puterea de lumină calculată. De regulă, astfel de LED-uri sunt mai ieftine decât analogii lor. LED-uri ieftine pentru prima dată 4000 orele de funcționare își pierd luminozitatea cu 35% . Acest lucru se datorează faptului că materialul epoxidic al becului LED devine galben, iar emisivitatea chipului LED albastru și a stratului de fosfor aplicat acestuia scade. LED-uri de înaltă calitate pt 50 000 ore de funcționare, luminozitatea scade cu cel mult 20% .