МКД светодиода что это?

От чего зависит яркость свечения светодиода: основные параметры, в чем измеряется и как увеличить

Рядового потребителя при покупке осветительного прибора интересует не напряжение или ток, а яркость светодиода, так как она отличается от показателя других ламп. Внедрение новых технологий требует иного подхода к хаpaктеристикам светотехники. Основные параметры, в том числе яркость свечения, хорошие производители обозначают в маркировке, на упаковке, в технической документации. Для правильного выбора необходимо знать значение букв и цифр, уметь определить, какой прибор допускает регулировку яркости, какой – нет.

Что такое яркость светодиода и в чем она измеряется

Яркостью свечения называют показатель света, равный соотношению силы светового потока к косинусу угла, под которым он излучается, и освещаемой площади. Другое определение – освещенность в точке, перпендикулярной к источнику, к углу, в который заключен луч. Яркость свечения обозначается буквой «L», измеряется в милликанделах на метр в минус второй степени (кд*м-2). У обычных светодиодов яркость 20-50 мкд, у сверхярких – до 20 000 мкд. От этого показателя зависит восприятие предметов глазами человека.

Если говорить о светодиодах, то у них яркость свечения – это мощность (сила) света, измеряемая в ваттах и зависящая от угла конуса, основание которого расположено на освещаемой площади, вершина – в источнике света. При равном излучении во всех направлениях яркость свечения будет соотношением потока к прострaнcтвенному углу (в градусах). Чаще всего градусы переводятся в стерадианы: sr = 2 π (1 – cos θ/2), где θ – угол луча.

Параметры, влияющие на яркость

Насколько ярко будет отображаться освещаемый объект, зависит не только от светового потока. Яркость свечения зависит так же от плотности луча и чувствительности наблюдателя.

Сила тока

Во время работы сила тока на светодиоде зависит от напряжения. При незначительном увеличении вольтажа электроток повышается многократно, вместе с ним и яркость свечения. Но этим параметром можно управлять, если включить в схему аналоговый или широко-импульсный модулятор, обеспечивающий функцию диммирования. Читайте также Устройство, виды и подключение RGB светодиодов

Зависимость яркости свечения идеального светодиода от электротока линейная. На пpaктике зависит от потерь на выделении тепла и дифференциального сопротивления кристалла. Существует предел, после которого повышать ток нельзя из-за перегрева p-n-перехода, способного вывести LED из строя.

Технология

Светодиод – это источник света точечного типа, направленность луча определяет конструкция. Параметры меняются в зависимости от оптических свойств и наличия в приборе люминофора, рассеивателей и линз. Независимо от устройства интенсивность свечения регулируется минимальными изменениями тока.

У светодиода при высокой плотности луча (небольшом угле излучения) яркость свеяения увеличивается независимо от объема потока.

Внимание! При покупке необходимо учитывать, что источник с тысячей милликандел и углом излучения 45 градусов будет давать такой же поток, как с углом 12 градусов, но при втором варианте луч будет ярче.

Площадь кристалла

Еще один показатель, от которого напрямую зависит объем светового потока и яркость свечения – величина кристалла. Например, площадь СМД 3528 3,5х2,8 мм, площадь СМД 5630 – 5,6х3 мм, световой поток соответственно 6-8 и 50 люмен. Самые новые кристаллы отличаются большими размерами и высокими показателями интенсивности свечения. Это объясняется тем, что излучение в любом чипе зависит от величины р-n перехода.

Важно! При покупке необходимо знать, что неизвестные китайские производители это используют. Вместо больших кристаллов на 1 Вт они ставят маленькие на 0,75 или 0,5 Вт, при подаче заявленного тока их срок службы значительно сокращается или они перегорают.

Что можно узнать из маркировки

У именитых производителей маркировка достаточно длинная, поэтому размещается на упаковке или в технической документации. Ленты поставляются с маркировкой на катушке. Данные можно спросить у продавца, если их нельзя найти.

Для обычных светодиодов не существует стандартных обозначений, каждый производитель использует свои. Яркость свечения всегда указывается в маркировке мощных ламп.

На SMD указываются только размеры чипа, определить интенсивность свечения можно только из техдокументации. Philips на своей продукции указывает световой поток в люменах, Samsung кодирует этот показатель под цифрами, значение которых можно найти в специальных таблицах. На изделиях CREE из маркировки можно узнать только цветопередачу, обозначенную как CRI.

Важно! Маркировка является одним из факторов, затрудняющих выбор светодиодных источников света при отсутствии определенного уровня знаний.

Способы регулировки яркости

Зная, что яркость свечения любого светодиода зависит от тока, можно сделать логический вывод, что хаpaктеристики луча меняются одновременно с увеличением или уменьшением подаваемых на кристалл ампер. При аналоговом регулировании резисторами интенсивность свечения регулируется ступенчато, поэтому в схему необходимо включить стабилизатор LM317, фиксирующий ток и напряжение. Такой способ регулирования используется в трaнcпортных средствах и при подключении светодиодов к источнику постоянного напряжения.

Лучшим способом считается широтно-импульсной модуляции с включением в схему резистора и контроллера (если диоды цветные). На светодиод подаются импульсы определенной частоты, то есть, питание включается и выключается очень быстро, светодиод открывается каждый раз, но глаза это не улавливают.

Важно! Интенсивность свечения ламп с цоколем на основе светодиодов нельзя регулировать, если они не специальные (на упаковке возможность диммирования не указана). Для обычных ламп используется балластный блок питания на основе конденсаторов.

Основные выводы

Измерить интенсивность свечения светодиода в домашних условиях невозможно. Этот показатель редко указывается в маркировке, для правильного выбора необходимо знать его зависимость от размеров кристалла, потока света и угла излучения.

Возможность менять яркость (использовать диммирование) широко используется в быту для экономии электроэнергии и устройства специальных систем освещения. Интенсивность свечения можно уменьшить при просмотре телевизионных программ, во время отдыха, для ночного освещения детских комнат. Удобство использования повышает возможность управления диммированием при помощи пульта управления или автоматически (с учетом движения и времени).

Toyota Corolla Fly to the moon. › Бортжурнал › Немного о светодиодах

Давным давно я откопал в интернете интересную статью, по которой пытался въехать в суть светодиодной хитрости. Написано конечно много и временами нудно, но довольно доходчиво и полезно. На авторство не претендую. Человека, написавшего данный материал я указал внизу статьи. В общем, изучайте граждане =)

————————————————————————————————————————
Накнулся в конфе на тему о поворотниках на светодиодах, и так как сам об этом размышлял, то решил написать небольную статейку. Сразу скажу, что здесь я коснусь в основном электрики. Механика конструкции на ваш вкус.

Сперва о плюсах и минусах.

Один из таких плюсов, постоянно приводимый в различных печатных издания, это значительно меньшее по срвнению с лампами накаливания, время зажигания светодиода, что повышает безопасность движения. Хотя я считаю, что не так уж и велика эта разница во времени.

Второй плюс, это значительно более высокая надежность. Светодиод может спокойно работать по десять лет и более. Это особенно характерно при большой вибрации.

Третий плюс, меньшее энергопотребление. Поворотник из 30 светодиодов потребляет не более 5 Вт (смотря какие светодиоды).

И четвертый плюс, который должны более всего оценить именно российские мотолюбители – это возможность создавать оптику любой формы. Например можно смонтировать передние поворотники в зеркалах.

Теперь минус — это высокая стоимость.

Кроме этого, если вы будете делать поворотники, то стандартный прерыватель вам скорее всего не подойдет (так как разная мощность), и необходимо будет изготовить специальный. Но, зато вы можете сделать их 4 штуки (я прикидывал, они получаются недорогими) и смонтировать каждый в своем поворотнике. Представляете какая будет надежность.

Также, может возникнуть проблема с передним габаритом, так как белых светодиодов нет. (есть — прим. SHTRLZ) Но HEWLETT-PACKARD выпускает светло-голубые, можно попробывать их.

Теперь о светодиодах.

Прежде всего, яркость обычных светодиодов составляет 20 – 50 мКд (милликанделл). Такие вам не годяться. Необходимы сверхяркие светодиоды (яркость составляет 1000 – 4000 мКд, такие используются в светофорх).

Кстати, 4000 мКд это очень не хилая ярксть, такой светодиод слепит глаза не хуже фонарика.

В России сверхяркие светодиоды выпускает завод Протон Оптоэлектроника в г. Орел. Из зарубежных известны такие фирмы-производители как KINGBRIGHT ELECTRONIC и HEWLETT-PACKARD ( у HP светодиоды дороже).

Кроме того светодиоды разделяються по диаметру (в основном 5 мм, 8 мм, 10 мм и 20 мм), по форме (круглые, прямоугольные и т.д.), по цвету свечения (обычно, также, указывают длину волны излучения), по цвету рассеивателя (окрашенные или неокрашенные), по типу рассеивателя (диффузионый – когда корпус светодиода матовый и прозрачный – когда, соответственно, корпус прзрачный) и по цене (чем ярче, тем дороже. Красные и желтые дешевле зеленых и синих при одинаковой яркости, так как используется другая технология изготовления криссталлов).

Яркость сильно зависит от рассеивателя. Диффузионные светодиоды имеют больший угол излучения (обычно 45 — 60 град), но меньшую яркость (при одинаковой стоимости). У прозрачных светодиодов угол излучения обычно лежит в пределах 15 – 30 град.

Вот цены на светодиоды в Москве, в Платане (Чип и Дип) на 1.09.02 г.

Наименование… Цена, руб…Производитель
10R3SCB-6, св.диод кр.d=10мм, 1200мКд…11.00…TWN
10Y3SCB-6, св.диод жл.d=10мм, 1200мКд…11.00…TWN
L-1503SRC-C св.д. кр.d=5мм 1000мКд…6.10…KNBR
L-1503SRC-Dсв.диод кр.d=5мм 1500мКд…4.20…KNBR
L-1503SRC-Eсв.диод кр.d=5мм 2800мКд…11.00…KNBR
L-1503SRC-Fсв.диод кр.d=5мм 4000мКд…10.00…KNBR
L-1513SRC-D св д. кр.d=5мм 2000мКд…5.80 …KNBR
L-1513SRC-E св.д. кр.d=5мм 3500мКд …9.60…KNBR
L-1513SRC-F св.д. кр.d=5мм 4500мКд…12.00…KNBR
L-1543SRC-E св.диод кр.d=5мм2000мКд…9.60…KNBR
L-53SRC-C св.д.кр. d=5мм 1000мКд…4.80…KNBR
L-53SRC-DU св.диод кр.d=5мм 1200мКд…3.60…KNBR
L-53SRC-DV св.диод кр.d=5мм 1500мКд…3.90…KNBR
L-53SRC-DW св.диод кр.d=5мм 1800мКд…9.00…KNBR
L-53SRC-E св.диод кр.d=5мм 2800мКд…9.00…KNBR
L-793SRC-B св.диод кр.d=8мм1000мКд…9.00…KNBR
L-793SRC-C св.диод кр.d=8мм 1500мКд…5.20…KNBR
L-793SRC-D св.диод кр.d=8мм 1800мКд…13.00…KNBR
L-793SRC-E св.диод кр.d=8мм 2800мКд…13.00…KNBR

Как видно из таблицы, можно найти светодиод яркостью 2000 мКд за 5,80 руб. Если взять на стоп-сигнал около 40 шт., то это обойдеться в 232 руб. Зато, вы можете придать стоп-сигналу любую форму, даже разделить его на две, три части.

Светодиоды расчитываются на определенный ток. Это значит, что не бывает, например, 5 вольтовых или 12 вольтовых светодиодов. Вместо этого бывают, например, 20 «мАмперные» или 50 «мАмперные» и т.д. Напряжение на светодиоде колеблеться от 1,5 В до 2,5 В (в зависимости от марки светодиода, и связано с технологией производства) и слабо зависит от тока. Соответственно, если нужно запитать светодиод от 13,8 В, необходимо задать нужный нам, протекающий через него ток. Проше всего это сделаеть с помощью резистора R.

Здесь VD — светодиод, а R – токозадающий резистор.

Для расчета R необходимо знать следующие параметры светодиода:

1. Максимально допустимый прямой ток через светодиод Ivdmax

2. Падение напряжения на на светодиоде Uvd в прямом направлении (обычно в справочниках указывается при каком токе присходило измерение)

При расчетах не обязательно абсолютная точность, так как все электронные компоненты имеют разброс параметров от 5 до 20%.

Теперь пользуясь законами Киргофа находим R:

R=(U-Uvd)/(Ivdmax*0.75), Ом (1)

Где U – напряжни питания,
Uvd — падение напряжения на на светодиоде,
Ivdmax — максимально допустимый прямой ток через светодиод.
Коэффициент 0.75 берем для обеспечения необходимой надежности (обычно в пределах 0.7 – 0.8). Так как, чем ближе заданный нами ток к максимально допустимому, тем меньше надежность.

При этом протекающий через светодиод рабочий ток будет составлять 0.75 от максимально допустимого.

Иногда, в справочных данных указывается рабочий ток Ivd (обозначение может быть другим), тогда коэффициент берем равным 1.

Мощность сопротивления рассчитывается по формуле:

N=R*(Ivdmax*0.75)^2, Вт. (2)

При этом рабочий ток через светодиоды составит:

Ivd=Ivdmax*0.75 (3)

Так как вам необходимо не один, а штук 10 – 20 светодиодов, то схема включения будет вглядеть так:

Здесь FU – предохранитель на ток :

Ictmax > Ifu > 1,2*m*Ivd, А (4)

Где,
m – число паралельно включенных линеек светодиодов.

Ictmax – максимальный ток стабилизации стабилитрона VD1 (указывается в справочниках).

Uct — напряжение стабилизации стабилитрона VD1, должно быть равен U, при котором через светодиоды будет протекать ток Ivdmax, для того, чтобы при слишком большом напряжении он открылся и сработал предохранитель:

Uct = (R*Ivdmax + n*Uvd), В (5)

По Ictmax и Uct необходимо выбрать стабилитрон из справочника. Стабилитрон и предохранитель защищают схему от перенапряжения.

R находим как:

R = (U – n*Uvd)/(Ivdmax*0,75), Ом (6)

Где n – число светодиодов в одной линейке (подключенных на один резистор),

Мощность сопротивления рассчитывается по формуле:

N=R*(Ivdmax*0.75)^2, Вт. (7)

Эту формулу можно записать в другом виде:

N=(U – n*Uvd)*(Ivdmax*0.75), Вт. (8)

Например:
У нас есть светодиоды с Ivdmax = 70 мА и Uvd = 1,85 В и мы используем 4 линейки по 5 светодиодов (итого 20). Тогда при U = 13,8 B:

R=(13,8 B-5*1,85 B)/(70 мА*0,75)=86,6 Ом.

Такие сопротивления найти трудно, так как все номиналы привязаны к стандартному ряду сопротивлений. Наиболее распространен ряд Е24. Выбираем ближайший из ряда, больше расчетного. Это 91 Ом.

N=91 Oм*(70 мА*0,75)^2=0,251 Вт (берем 0,25 Вт)

Сопротивление берем мощностью не меньше рассчитанной.

Ivd=Ivdmax*0.75 = 52,5 мА

Ictmax > Ifu > 1,2*4*52,5 мА = 252 мА (можно взять 250 мА)

Uct = (91 Ом*70 мА + 5*1,85) = 15,6 В (Можно взять на 15 В).

Из формулы (8) видно, что чем больше светодиодов в линейке, тем меньше рассеиваемая мощьность резистора, да и самих резисторов понадобиться меньше. Но увеличивать число светодиодов в линейке до максимально возможного нельзя. Сейчас объясню почему. Дело в том, что напряжение бортовой сети не когда на бывает абсолютно стабильным., а постоянно изменяется, хотя и в небольших пределах, в то время как Udv практически не меняется. Посмотрим как будет изменяться ток через 4, 5 и 6 светодиодов с Ivdmax = 70 мА и Uvd = 1,85 В, при сопротивлении R=86,6 Ом рассчитанном для U = 13,8 B, если бортовое напряжение U изменяется от 12 В до 14,5 В.
Результаты вычеслений я свел в таблицу:

Наименование…U = 12 B…U = 13,8 B…U = 14,5 B
Ток через 4 светодиода, мА…37,7 мА…52,5 мА…58,2 мА
Ток через 5 светодиодов, мА…31,7 мА…52,5 мА…60,5 мА
Ток через 6 светодиодов, мА…17,5 мА…52,5 мА…66,1 мА

Из таблицы видно, что чем больше светодиодов в линейке, тем больше колебания тока, а значит и яркость, при изменении бортового напряжения. Так 6 светодиодов при U=12 В будут светить очень слабо, а при U>14,5 В могу и сгореть.

Поэтому здесь необходимо находить компромисс, изходя из того, насколько стабильно у вас напряжение бортовой сети.

Теперь немного о конструкции

Во первых, рассеиватель. Дело в том, что светодиоды излучают свет определенной длинны волны, и если цвет рассеивателя не будет соответствовать цвету излучения, то из-за этого будет уменьшаться яркость. Поэтому рассеиватель лучше использовать белый – прозрачный.

Во вторых о креплении светодиодов. Светодиоды вместе с резисторами можно запаять на печатную плату из стеклотекстолита. Но, для увеличения угла излучения светодиоды должны запаиваться не все вертикально, а под разными углами. Если взять тонкий текстолит, то плату можно изогнуть. Кроме этого, для защиты от вибрации, необходимо устанавливить светодиоды на держатели или залить выводы каким нибудь компаундом. При пайке будьте осторожны, не перегревайте светодиоды и не паяйте слишком близко к корпусу.

Технические характеристики и параметры светодиодов

Существует множество светодиодов различных форм, размеров, мощностей. Однако любой светодиод — это всегда полупроводниковый прибор, в основе которого — прохождение тока через p-n-переход в прямом направлении, вызывающее оптическое излучение (видимый свет).

Принципиально все светодиоды характеризуются рядом конкретных технических характеристик, электрических и световых, о которых мы и поговорим далее. Данные характеристики вы сможете найти в даташите (в технической документации) на светодиод.

Электрические характеристики — это: прямой ток, прямое падение напряжения, максимальное обратное напряжение, максимальная рассеиваемая мощность, вольт-амперная характеристика. Световые параметры — это: световой поток, сила света, угол рассеяния, цвет (или длина волны), цветовая температура, световая отдача.

Прямой номинальный ток (If – forward current)

Номинальный прямой ток — это ток, при прохождении которого через данный светодиод в прямом направлении, производитель гарантирует паспортные световые параметры данного источника света. Другими словами, это рабочий ток светодиода, при котором светодиод точно не перегорит, и сможет нормально работать на протяжении всего срока эксплуатации. В этих условиях p-n-переход не будет пробит и не перегреется.

Кроме номинального тока есть еще такой параметр, как пиковый прямой ток (Ifp – peak forward current) – максимальный ток, который можно пропускать через переход лишь импульсами длительностью по 100 мкс при коэффициенте заполнения не более DC = 0.1 (точные данные — см.даташит). Теоретически максимальный ток — это предельный ток, который кристалл может выдерживать лишь кратковременно.

На практике величина номинального прямого тока зависит от размера кристалла, от типа полупроводника, и лежит в диапазоне от единиц микроампер до десятков миллиампер (для светодиодных сборок типа COB — еще больше).

Прямое падение напряжения (Vf – forward voltage)

Прямое падение напряжения на p-n-переходе, вызывающее номинальный ток светодиода. Напряжение прикладывается к светодиоду так, что анод имеет положительный потенциал относительно катода. В зависимости от химического состава полупроводника, от длины волны оптического излучения, различаются и прямые падения напряжения на переходе.

Кстати, по прямому падению напряжения можно определить химический состав полупроводника. А вот приблизительные диапазоны прямых падений напряжений для различных длин волн (цветов света светодиодов):

Инфракрасные светодиоды с длиной волны более 760 нм на базе арсенида галлия имеют характерное падение напряжения менее 1,9 В.

Красные (например галлия фосфид — от 610 нм до 760 нм) — от 1,63 до 2,03 В.

Оранжевые (галлия фосфид — от 590 до 610 нм) — от 2,03 до 2,1 В.

Желтые (галлия фосфид, от 570 до 590 нм) — от 2,1 до 2,18 В.

Зеленый (галлия фосфид, от 500 до 570 нм) — от 1,9 до 4 В.

Синий (селенид цинка, от 450 до 500 нм) — от 2,48 до 3,7 В.

Фиолетовый (индия-галлия нитрид, от 400 до 450 нм) — от 2,76 до 4 В.

Ультрафиолетовый (нитрид бора, 215 нм) — от 3,1 до 4,4 В.

Белые (синий или фиолетовый с люминофором) — около 3,5 В.

Максимальное обратное напряжение (Vr – reverse voltage)

Максимальное обратное напряжение светодиода, как и любого светодиода, — это такое напряжение, при прикладывании которого к p-n-переходу в обратной полярности (когда потенциал катода больше потенциала анода) происходит пробой кристалла, и светодиод выходит из строя. Подавляющее большинство светодиодов имеют обратное максимальное напряжение в районе 5 В. Для сборок COB – еще больше, а для инфракрасных светодиодов бывает и до 1-2 вольт.

Максимальная мощность рассеяния (Pd — total power dissipation)

Эта характеристика измеряется при температуре окружающей среды в 25°C. Это та мощность (зачастую в мВт), которую корпус светодиода еще способен рассеивать непрерывно, и не перегорит. Она вычисляется как произведение падения напряжения на текущий через кристалл ток. Если это значение будет превышено (произведение напряжения на ток), то очень скоро кристалл будет пробит, произойдет его тепловое разрушение.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ — график)

Нелинейная зависимость тока через p-n-переход от приложенного к переходу напряжения, называется вольт-амперной характеристикой (сокращенно — ВАХ) светодиода. Эта зависимость изображается в даташите графически, и по имеющемуся в распоряжении графику можно очень просто увидеть, какой ток при каком напряжении пойдет через кристалл светодиода.

Характер ВАХ зависит от химического состава кристалла. ВАХ оказывается очень полезна при проектировании электронных устройств со светодиодами, ведь благодаря ей можно без поведения практических измерений узнать, какое напряжение необходимо приложить к светодиоду, чтобы получить заданный ток. Еще с помощью ВАХ можно более точно подобрать к диоду токоограничительный резистор.

Сила света, световой поток (luminous intensity, luminous flux)

Световые (оптические) параметры светодиодов измеряются еще на стадии их производства, при нормальных условиях и на номинальном токе через переход. Температура окружающей среды принимается равной 25°C, устанавливается номинальный ток, и измеряются сила света (в Кд — кандела) или световой поток (в Лм — люмен).

Под световым потоком в один люмен понимают световой поток, испускаемый точечным изотропным источником с силой света, равной одной канделе, в телесный угол в один стерадиан.

Слаботочные светодиоды характеризуются непосредственно силой света, которая указывается в милликанделах. Кандела — это единица силы света, а одна кандела — это сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Другими словами, сила света количественно отражает интенсивность светового потока в определенном направлении. Чем меньше угол рассеяния — тем больше будет сила света светодиода при одном и том же световом потоке. Например сверхъяркие светодиоды обладают силой света в 10 и более кандел.

Угол рассеяния светодиода (Viewing angle)

Эта характеристика часто описывается в документации на светодиоды как «двойной угол половинной яркости тэта», и измеряется в градусах (deg-degrees-градусы). Название именно таково, поскольку светодиод как правило имеет фокусирующую линзу, и яркость не по всему углу рассеяния получится равномерной.

Вообще этот параметр может лежать в диапазоне от 15 до 140°. У SMD светодиодов этот угол шире, чем у выводных собратьев. Например 120° для светодиода в корпусе SMD 3528 — это нормально.

Длина волны света (Dominant Wavelength)

Измеряется в нанометрах. Характеризует цвет излучаемого светодиодом света, который в свою очередь зависит от длины волны и от химического состава полупроводникового кристалла.

Инфракрасное излучение имеет длину волны более 760 нм, красный цвет — от 610 нм до 760 нм, желтый — от 570 до 590 нм, фиолетовый — от 400 до 450 нм, ультрафиолетовый — менее 400 нм. Белый свет выделяется при помощи люминофоров из ультрафиолетового, фиолетового или синего.

Цветовая температура (CCT — Color Temperature)

Данная характеристика задается в документации на белые светодиоды и измеряется в кельвинах (К). Холодный белый (около 6000К), теплый белый (около 3000К), белый (около 4500К) — точно показывает оттенок белого света.

В зависимости от цветовой температуры, цветопередача будет разной, и воспринимается человеком белый цвет с разной цветовой температурой — по разному. Теплый свет более комфортен, он лучше подойдет для дома, холодный — больше подходит общественным помещениям.

Для светодиодов, применяемых для освещения сегодня, данная характеристика находится в районе 100 Лм/Вт. Мощные модели светодиодных источников света превзошли компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), и достигают 150 и более Лм/Вт. По сравнению с лампами накаливания, светодиоды превосходят их по световой отдаче более чем в 5 раз.

В принципе, световая отдача численно показывает, насколько эффективен источник света в плане энергопотребления: сколько ватт требуется для получения определенного количество света — сколько люмен наватт.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

МКД светодиода что это?

Если бы кто-нибудь предполагал, что светодиоды займут такое доминирующее положение в световых технологиях… Только посмотрите вокруг — они фактически повсюду. От стандартных индикаторов в аудио-видео технике, портативных компьютерах и игрушках до светофоров, видеодисплеев и автомобильного света. Светодиодные технологии демонстрируют взрывной рост на протяжении последних лет, и дальнейшие перспективы светодиодов представляются весьма широкими.
Основной «движущей силой» такого роста является постоянно увеличивающийся уровень яркости светодиодов. Кроме того, на рынок приходят новые материалы и технологические процессы изготовления кристаллов. Счастливые для лентяев времена, когда разнообразие источников света ограничивалось «лампочкой Ильича», окончательно канули в лету. Одновременно с увеличением разновидностей как самих светодиодов, так и их возможных применений, повышаются и требования к уровню компетентности, необходимого проектировщикам и архитекторам для построения светодиодных систем освещения. И это не удивительно, ведь светодиодный свет из пассивного «статиста» превратился в эффективный инструмент изменения реальности. Современный рынок оптоэлектронных компонентов требует понимания не только оптических свойств светодиодов, но и методов их измерения.
Безусловно, наиболее типичные вопросы, которые задают среднестатистические потребители, связаны с оптическими свойствами светодиодов: насколько яркие ваши светодиоды? Что такое люмен? Как преобразовать канделы в люмены? Почему наши измерения не совпадают с вашими измерениями? Попробуем дать ответы на эти и другие подобные вопросы, разбив статью на пять отдельных, но взаимосвязанных тем:
— фотометрические (световые) характеристики;
— радиометрические (энергетические) характеристики;
— колориметрические (спектральные) характеристики;
— гониометрические (угловые) характеристики;
— эксплуатационные характеристики (срок службы);
По большому счёту, об этих характеристиках, стандартах и испытательных методологиях можно написать отдельную книгу. Но мы остановимся на наиболее общих моментах, представляющих для наших читателей наибольший интерес.

Фотометрические (световые) характеристики светодиодов

Фотометрия — это измерение света в видимом спектре. Это та часть светового спектра, которая приблизительно соответствует длинам волн 380-770 нм и видна невооружённым глазом «усреднённого» наблюдателя. Существует множество фотометрических величин, таких как яркость (1 нит = 1 кд/м 2 или 1 стильб = 1 кд/см 2 ), освещённость (1 люкс = 1 лм/м 2 ), и т.д. Все они основаны на двух основных фотометрических стандартах: световой поток и сила света.

Световой поток измеряется в люменах. 1 люмен определяется как световой поток, испускаемый точечным источником с силой света 1 кандела внутри телесного угла 1 стерадиан (1 лм = 1 кд×ср). Важно понимать определение стерадиана, являющегося телесным углом (конусом) с центром в сфере радиуса r, который вырезает из сферы поверхность площадью r 2 (см. рис.1). Площадь поверхности сферы равна 4 π r 2 , поэтому полный световой поток, создаваемый точечным источником, с силой света одна кандела, равен 4 π люменам.

Рис.1 — телесный угол Ω
Сила света измеряется в канделах. Научное определение канделы достаточно сложно для образного восприятия: «единица силы света точечного источника в заданном направлении, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср». Частота излучения 540×10 12 Гц соответствует длине волны 555 нм (излучение зеленого цвета).
Для упрощения понимания можно обратиться к происхождению названия «кандела». Так вот, одна кандела (в переводе с латыни — «свеча») это сила света обычной восковой свечи.
У многих резонно встаёт вопрос: почему сила света измеряется в каких-то канделах, а не в ваттах на стерадиан? Да, можно измерять силу света и в Вт/ср, и специалисты иногда так делают, но при этом возникает одно неудобство. Если бы мы включили синий, зелёный и красный светодиоды с одинаковой силой света в Вт/ср, то зелёный светодиод светил бы ярче. Все дело в том, что человеческий глаз имеет разную чувствительность к различным длинам волн излучения. Но об этом чуть позже. Сейчас же от теории перейдём к практике, то есть к светодиодам.

Еще совсем недавно выпускаемые промышленностью светодиоды выполняли в основном индикаторные функции и их главной потребительской характеристикой была сила света (в милликанделах). Однако такая характеристика оказалась малополезной при построении систем освещения — светодиод с силой света 2000 мкд и углом свечения 30° обеспечивает такой же световой поток, как и светодиод с параметрами 8000 мкд / 15°. Поэтому, из-за увеличивающегося спроса на мощные светодиоды в качестве альтернативы лампам накаливания, сейчас всё чаще делается акцент именно на величину светового потока. То есть именно люмен является более подходящей мерой оценки произведённого света при сравнении между различными источниками света и при выполнении расчётов.

Для оценочного пересчета кандел в люмены, используют следующий метод:
1. Зная плоский угол свечения светодиода θ (двойной угол половинной яркости), указанный производителем, определяем телесный угол: Ω=2 π (1 — cos(θ/2)).
2. Вычисляем световой поток: F = I_v × Ω, где I_v — сила света светодиода.

Калькулятор для пересчета кандел в люмены и обратно:

Канделы в люмены

Люмены в канделы

Однако, фактически измеренное значение может отличаться от расчётной величины из-за вариаций пространственного распределения излучения светодиода. Это особенно заметно при пересчёте несимметричных диаграмм направленности излучения (например, светодиодов с овальной оптикой) и индикатрис узконаправленных светодиодов. Дело в том, что не существует никакого однозначного метода пересчёта силы света для определения точного светового потока. Только непосредственным измерением этой величины можно с высокой точностью получить её значение в люменах.

Фотометрическое измерение светодиодов может оказаться бóльшим искусством, чем просто расчёт с применением строгих физических формул. Существует масса факторов (геометрические и электрические нюансы, различные погрешности, внесённые на этапе производства светодиодов), вариации которых могут существенно влиять на оптические свойства светодиодов. Не существует двух во всём одинаковых светодиодов, поэтому требуется принятие мер, которые значительно увеличат точность ваших измерений. Они включают, но не ограничены следующим:
▪ Учитывайте смещение оптического центра эмиссии светодиодов относительно механического центра.
При фиксации светодиода в креплении испытательной установки предполагается, что свет исходит от его механического центра. Но это не всегда так (см. рис. 2). Оптический центр нередко отклоняется на 5 или более градусов от механического. Возможно, это не является особой проблемой, когда измеряемые приборы имеют широкий угол свечения, например 40 градусов или больше. Но для светодиодов с узким углом свечения результат может различаться на значительную величину. Нужно отметить, что Международная комиссия по освещению (CIE) рекомендует использовать именно механическую (а не оптическую) ось светодиода при проведении измерений.
▪ Измеряйте выход света с определённым временным интервалом.
После того, как на светодиод подано питание, температура перехода увеличивается ввиду потребления электроэнергии (температуру перехода светодиода можно определить как T_j = T_a + (V_f × I_f) × R_th _(j-a)) . Этот процесс может занять несколько секунд или несколько минут до момента наступления теплового равновесия, когда выход света достигнет устойчивого значения. При этом уменьшение выхода света на 5-20% или большую величину — весьма обычное явление. Эта деградация не является необратимой, и первоначальная светоотдача восстановится после обесточивания. На практике в ходе измерения большого количества светодиодов выбор длительного интервала времени между замерами не приемлем. Чаще всего задается интервал порядка 5 секунд, несмотря на то, что выход света не успевает достигать стабильного значения.
▪ Убедитесь, что температура окружающей среды постоянна в ходе тестирования.
Светодиоды меняют яркость и цвет с изменением температуры. Если температура повышается, выход света сокращается, а цвет обычно смещается в длинноволновую сторону спектра.
▪ Всегда используйте стабилизированный источник тока.
Падение напряжения (V_f) на светодиоде может колебаться от прибора к прибору, поэтому если в качестве опорного питания используется источник напряжения, светодиоды не получат одинакового тока.
▪ Используйте легко воспроизводимые условия тестирования.
Сложные условия (специализированная оснастка) могут превосходно подходить для лабораторных измерений. Однако, когда необходимо тестирование значительного количества светодиодов с различным типом корпуса, углом свечения, цветом и т.д., возникает потребность в измерительной системе, которая может быть быстро перенастроена, обеспечивая идентичное выравнивание механических осей и гарантируя, что датчик всегда видит тот же самый сектор эмиссионного конуса.
▪ Убедитесь что всё оборудование надлежащим образом обслужено и откалибровано.

Рис. 2 — девиация угла свечения

Виды светодиодов – принцип работы, от чего зависит яркость свечения

Первые светодиоды (СД, СИД, LED) разработали в начале шестидесятых годов на смену миниатюрным лампам накаливания. Это были красные лампы с очень слабым свечением и применялись как индикаторы включения в различных приборах.

В начале девяностых, был создан синий светодиод, следом появились зеленые, желтые и белые. Сейчас светодиод один из наиболее широко востребованных осветительных элементов. Это световое устройство в пластиковом литом корпусе (разного цвета) с двумя выводами со впаянным кристаллом.

Корпус выполняет две функции – является линзой и защитным покрытием. Питание светодиода обеспечивается током, для чего в цоколь встроен преобразователь напряжения. Яркость свечения пропорциональна напряжению.

Устройство элемента

Светодиод состоит из следующих частей:

основание;
линза;
катод (-);
анод (+);
кристалл (полупроводниковый чип);
отражатель (рассеиватель).

В основании закреплены катод и анод, сверху все устройство герметично закрыто линзой (колбой). На катоде закреплен кристалл. На контактах установлены проводники, подсоединенные к кристаллу p-n-переходом (соединительная проволока, объединяющая два проводника с разными типами проводимости).

Теплоотвод необходим для поддержания стабильной работы светодиода. В индикаторных светодиодах тепло не накапливается за счет невысокой мощности. Для осветительных – основание напрямую припаивается к поверхности для обеспечения теплоотвода.

Принцип работы диодов для чайников

Чтобы понять, как работает светодиод, нужно знать, что такое p-n-переход. Это область, в которой соприкасаются полупроводники p и n типа, в результате чего один тип проводимости переходит к другому. N тип содержит электроны проводимости как носители заряда. Полупроводник p типа носитель положительного заряда (дырки).

Анод (p типа) является положительным электродом, катод (n типа) это отрицательный электрод. Внешняя поверхность катода и анода содержит контактные металлические площадки с припаянными выводами. Когда к аноду подается положительный заряд электричества, а к катоду отрицательный, то на р-n переходе между кристаллом катодом начинает течь ток.

Если включение прямое, то электроны из n и области и дырки из p-области устремятся навстречу друг другу. В процессе легирования (обмена электронами) на границе дырочно – электронного перехода произойдет их обмен. Если отрицательное напряжение подается со стороны материала n-типа, то происходит прямое смещение. При рекомбинации (обмене) выделяется энергия в виде фотонов.

Чтобы поток фотонов преобразовать в видимый свет, материал подбирают так, что длина волны фотонов находится в пределах видимой области цветового спектра длиной волны от 700 до 400 нм.

Чтобы упрастить работу с диодными осветительными приборами или, например, гирляндами, узнайте как проверить светодиод мультиметром.

Существующие на сегодняшний день светодиоды бывают следующих видов:

индикаторные – с маленькой мощностью, для подсветки в приборах;
осветительные – с большой мощностью, уровень освещенности соответствует обычным (люминесцентным и вольфрамовым) источникам света.

По типу соединения индикаторные делятся на:

тройные AIGaAs (алюминий – галлий – мышьяк) – оранжевый и желтый свет в областях видимого цветового спектра;
тройные GaAsP (галлий – мышьяк – фосфор) – желто-зеленый и красный свет в областях видимого спектра;
двойные GaP (галлий – фосфор) – оранжевый и зеленый свет в областях видимого спектра.

Светодиодные элементы различаются по типу корпуса:

DIP – оснащены встроенной оптической системой из линзы, кристалла и парой контактов. Устаревшая модель самой низкой мощности, используются для подсветки игрушек, световых табло;
Superflux или «пиранья» – аналогичные DIP, оснащены четырьмя контактами, лучше крепятся и меньше нагреваются за счет радиатора для светодиода. Используются для подсветки в автомобилях;
SMD – наиболее распространенный тип для множества источников света. Представляют собой чип (кристалл), смонтированный непосредственно на поверхности платы;
COB – усовершенствованные светодиоды SMD. Оснащены несколькими кристаллами (чипами), установленными на одну плату. Монтируются на керамические и алюминиевые основания.

Более совершенные модели СОВ все же не всегда могут заменить SMD светодиоды.

Основные технические характеристики

Диодные лампы характеризуются следующими основными параметрами:

яркость (интенсивность светового потока);
напряжение (тип используемого напряжения);
сила тока;
длина волны и цветовая характеристика.

Яркость

Яркость воспринимается зрительными ощущениями, поскольку освещённость предмета на сетчатке глаза пропорциональна его яркости. Складывается она из нескольких параметров. называется Световой поток это количество световой энергии. Единица измерения люмен.

Единицей силы света является один люмен на стерадиан, также измеряемый в канделах: 1 cd. Измеряется яркость в милликанделах. Различают яркие (20 – 50 мкд.) и сверх яркие (20000 мкд. и выше) светодиоды белого свечения. Светодиодная яркость пропорциональна величине протекающего через него тока, т. е. чем выше напряжение, тем больше яркость.

Рекомендуем Вам также более подробно прочитать про возможности и область применения диммеров.

Напряжение

Напряжение, необходимое для работы светодиода, это не напряжение питания, а величина падения напряжения на светодиоде. Колебания напряжения питания вызывает перегорание светодиода. Напряжение напрямую зависит от цвета.

Сравнительная характеристика светодиодов разного цвета

Цвет	Длина волны, нм	Напряжение, В
Инфракрасный	от 760	до 1,9
Красный	610-760	от 1,6 до 2,03
Оранжевый	590-610	от 2,03 до 2,1
Желтый	570-590	от 2,1 до 2,2
Зеленый	500-570	от 2,2 до 3,5
Синий	450-500	от 2,5 до 3,7
Фиолетовый	400-450	от 2,8 до 4,0
Ультрафиолетовый	до 400	от 3,1 до 4,4
Белый	широкий спектр	от 3,0 до 3,7

Для нормальной работы при подключении светодиода необходимо правильно отследить ток, а не напряжение.