От чего зависит цвет светодиода: Почему светодиод светится разными цветами?

Содержание

Почему светодиод светится разными цветами?

Смотрите также обзоры и статьи:

Что влияет на цвет светодиода?

От чего зависит цвет светодиода? Может от цвета пластиковой оболочки? А как тогда обстоят дела с SMD светодиодами, у которых кристалл можно увидеть невооруженным глазом и там уж точно никакой цветной оболочки нет. Давайте же узнаем, почему светодиод светится разными цветами и от чего это зависит?

Начнем с самого простого варианта. Различный цвет свечения светодиода можно получить, просто окрасив его оболочку в тот или иной цвет. Такие светодиоды встречаются довольно часто, а в их основе находиться обычный белый светодиод. Таким нехитрым образом можно получить самые разные цвета свечения.

Кстати, устройство обычного белого светодиода не такое уж и простое. В основе таких диодов находиться бирюзовые или ультрафиолетовые светодиоды, в которых для белого свечения применяют специальный состав — люминофор.

Из чего состоят кристаллы?

А как быть со светодиодами, у которых прозрачная оболочка, или же с SMD светодиодами? В таких светодиодах применяются особые материалы для создания светоизлучающего кристалла.

Наиболее распространенным материалом для производства кристаллов являются различные соединения Галлия. В основном используются соединения Галлий Фосфида трехвалентного, в которые добавляют различные примеси. С помощью этих соединений получают светодиоды со свечением красного, оранжевого желтого и зеленого цвета. Но из текста мало понятно, давайте рассмотрим графические материалы.

Как видим, для обеспечения определенного свечения светодиодов используются различные соединения химических материалов. Обратите внимание, некоторые соединения применяются в светодиодах с различным цветом светимости. Это означает, что в таких светодиодах материал-основа дополнительно обрабатывается различными химическими соединениями.

Цвет получаемый совмещением.

Несколько иначе обстоят дела с инфракрасными и ультрафиолетовыми диодами, так как они излучают свет соответственно в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах. А вот бирюзовый светодиод состоит из двух светодиодных кристаллов — синего и красного, которые вместе дают такой цвет.

Кстати, двух и трехцветные светодиоды довольно распространены. Зачем изобретать новые материалы дающие определенное свечение, если можно просто подобрать несколько цветных диодов, дающих нужный цвет и объединить их в одном корпусе! Таким образом устроены RGB светодиоды. Вот только в них применяется сразу три светодиодных кристалла — красный, синий и зеленый соответственно.

Теперь вы знаете, почему светодиоды могут давать различное свечение. Как видим, все довольно просто — есть несколько основных видов светодиодов, которые дают основные цвета, а уже с их помощью различных комбинаций этих кристаллов можно получить новый, определенный цвет свечения.

Опубликовано: 2021-09-13
Обновлено: 2021-09-13

Автор: Магазин Electronoff

Поделиться в соцсетях

Цвета свечения светодиодов | Светодиодное табло

Свет.

Данное явление имеет двойственные свойства: Во-первых, свет это электромагнитная волна, длина которой определяет видимый человеческим глазом цвет. В основе доказательства данной теории лежит опыт Томаса Юнга. Во-вторых, свет это частица — фотон, не существующая при скорости, отличной от скорости света. Открытие Фотона принадлежит Альберту Эйнштейну и датируется 1905-1917 годами, хотя своё имя «Фотон» эта частица получила только в 1926 году.

Видимый диапазон спектра

Цвет неразделимо связан с волновой теорией света — от длины световой волны зависит то, какой цвет будет воспринят человеческим глазом. Границы видимого диапазона светового спектра — от 380 нм (фиолетовый цвет) до 750 нм (красный цвет)

Цвет свечения светодиода определяется типом полупроводника, используемого в светодиоде, а также, для светодиода белого цвета, наличием люминофора.

Светодиоды, выпускаемые на одном оборудовании в одной партии могут незначительно отличаться по цвету свечения, т.к. изготовление светодиодов с фиксированной длиной волны для каждого цвета может оказаться не рентабельно, а иногда и невозможно. На каждый цвет отведен диапазон значений длины световой волны.

Красный светодиод — длина волны 640-660 нм — эти светодиоды обычно не выпускаются яркими.

Красно-оранжевый светодиод — длина волны 630-640 нм — именно эти светодиоды в ярких конструкциях называются яркими красными. Такие светодиоды мы используем при производстве табло высокой яркости, например табло для АЗС.

Оранжевый светодиод — длина волны 620-630 нм — могут выпускаться различной яркости, хотя и не имеют широкого распространения.

Желтый светодиод — 600-620 нм — также выпускаются различной яркости.

Желто-зеленый (590-600 нм) и чисто зеленый (550-580 нм) светодиод — в рекламных конструкциях обычно применяются, как неяркие и яркие светодиоды.

Синий светодиод — 450-510 нм — яркость зависит от длины волны — 450-480 — неяркие светодиоды, 490-510 — яркие.

СВЕТОДИОДЫ. ЦВЕТА СВЕТОДИОДОВ

 

Так как же получаются цвета
светодиодов
? В отличии от  обычных диодов,
светодиоды
производятся из «экзотических» полупроводниковых
материалов – Арсенид Галлия (

GaAs
), фосфид галлия (GaP
), Фосфид Арсенид Галлия (

GaAsP
), Карбид Кремния (

SiC
), Индий Галлий Азотный (

GaInN
). Эти материалы, смешиваясь в различных пропорциях дают
разнообразные цвета светодиодов. Т.о.
можно считать, что цвет светодиодов
определяется длиной волны излучаемого света, который в
свою очередь зависит от смеси полупроводников, которые
используются в формировании точки

PN

во время производства светодиодов,
а НЕ окраской самого корпуса светодиода. Естественно
цвет светодиода
( вернее его корпус ) тоже
окрашивается, но только для того, чтобы понять, каким
будет цвет светодиодов, когда они будут
работать. Цвет светодиодов достаточно
широк – красный, янтарный, желтый и зеленый. И такой
спектр цветов светодиодов дает возможность
использования их во многих дисплеях, индикаторах.

Не стоит забывать и о том, что
цвет светодиодов
может быть и синим и белым.
Но как правило, такой цвет светодиодов
дает более дорогой по выпуску светодиод. Эта дороговизна
обусловлена тем, что производство таких цветов
светодиодов
– достаточно дорого. Так как надо
точно смешать несколько цветов, чтобы получить данный
цвет светодиода.
Это проблематично.

Главным компонентом в цвете
светодиодов
( как видим ) – является Галлий (

Ga
) и Мышьяк (

As
)/

Так, чтобы получить хороший
инфракрасный цвет светодиода – для пультов,
используется смесь

GaAs, она не подходит для точечных
указателей красного цвета светодиодов,
ведь у него малая яркость инфракрасного излучения. Тут
нам на помощь идет Фосфор, который добавляя в эту смесь,
мы получим видимый для глаза инфракрасный цвет
светодиода
. И теперь этот красный цвет
светодиода
мы можем увидеть. Дальнейшее
смешивание компонентов даст нам следующие цвета
светодиодов
:

Характеристики цветных светодиодов

Полупроводники

Длина волны

Цвет

VF @
20mA

GaAs

850-940nm

Infra-Red

1.2v

GaAsP

630-660nm

Red

1.8v

GaAsP

605-620nm

Amber

2.0v

GaAsP:N

585-595nm

Yellow

2.2v

AlGaP

550-570nm

Green

3.5v

SiC

430-505nm

Blue

3.6v

GaInN

450nm

White

4.0v

 

·        

Арсенид Галлия (GaAs) —
инфракрасное излучение

·        

Фосфид Арсенида Галлия (GaAsP) —
красный к инфракрасному излучению, апельсину

·        

Алюминиевый Фосфид Арсенида Галлия
(AlGaAsP) — высокая яркость, красная, оранжево-красная,
оранжевая, и желтый цвет светодиода

·        

Фосфид Галлия (Искровой промежуток)
— красный, желтый и зеленый цвет светодиода

·        

Алюминиевый Фосфид Галлия (AlGaP)
— зеленый цвет светодиода

·        

Галлий Азотирует (GaN) — зеленый,
изумрудный зеленый цвет светодиода

·        

Индий Галлия Азотирует (GaInN) —
рядом ультрафиолетовый, синевато-зеленый и синий
цвет светодиода

·        

Кремниевый Карбид (Так) — синий
как основание цвет светодиода

·        

Цинковый Селенид (ZnSe) — синий
цвет светодиода

·        

Алюминиевый Галлий Азотирует (AlGaN)
– ультрафиолетовый цвет светодиода 

На последок – никогда не

подключайте цветные светодиоды
(
да и любые )
непосредственно к источнику питания. Следует подключать
цветные светодиоды только через
сопротивление. Каждый цвет светодиода
будет работать только на определенном токе.

 

За счет чего светодиоды меняют цвет?

Почему светодиоды, при изменении напряжения, меняют цвет?

Чтобы разобраться, за счет чего, в результате каких факторов внешнего и внутреннего воздействия, светодиоды меняют цвет, необходимо разобраться с общим устройством этого полупроводникового прибора. Оказывается, что изменение цветового спектра при свечении светодиода, независимо от типа и конструкции, происходит в результате изменения параметров напряжения. Оказывается, что под таким воздействием даже самый обыкновенный светодиод (например, оранжевый) изменит цвет по мере увеличения напряжения в сети. Сначала это будет желтый, затем светло-зеленый тон, а далее диод попросту перегорит.

Общий принцип явления

Внутреннее устройство любого полупроводникового диода (и светодиода, в том числе) – это два полупроводника, которые имеют разный уровень проводимости. В первом, электрический ток проходит за счет известного физического явления, обеспечивающего перемещение так называемых «свободных» электронов, а во втором – благодаря перемещению «дырок». Это места, где отсутствуют сами электроны.

На участке цепи, где обеспечено последовательное или параллельное соединение полупроводников, постоянно протекает процесс, называющийся рекомбинация. Электрон занимает положение «дырки», в результате, атом становится нейтральным. И вот в этот самый момент фиксируется излучение фотонов.

Эта излучаемая энергия, это не что иное, как цвет. Он может изменяться с учетом влияния следующих основных факторов:

  1. Тип полупроводника, из которого светодиоды сделаны.
  2. Какой вид примесей используется в месте контакта полупроводников.
  3. Размер запретной зоны по ширине, место, где протекает процесс рекомбинации.
  4. Параметры, величины, влияющие на проявление силы тока на данном участке электрической цепи.

Проще всего воздействовать на светодиод, добиваясь изменения цвета, регулируя величину электрического тока. Добиваются этого путем перемены параметров напряжения. В соответствии с законом Ома увеличение напряжения в цепи приводит к пропорциональному увеличению силы тока. Соответственно, в этот момент энергия фотона будет увеличиваться. Результатом будет перемещение цвета по направлению к холодной, синей части спектра.

Основные принципы формирования цвета с использованием светодиодов

Полезно будет вспомнить, что любой цвет и оттенок, формируется за счет трех основных цветов:

  1. Красный.
  2. Зеленый.
  3. Синий.

Комбинируя параметры этих трех цветов можно легко получать практически любые оттенки. Главное – правильно подбирать пропорции.

Исходя из этого параметра, чтобы любой световой прибор имел возможность менять цвета и оттенки, он должен иметь не менее трех источников света. Фактически, так оно и есть. Любой RGB-светодиод, это не что иное, как три излучающих кристалла, заключенных в едином корпусе.

Управление и контроль работы такого светодиода осуществляется за счет использования контроллера. Каждый светодиод, меняющий цвет, оснащен таким контроллером. Это устройство управляет каждым отдельным цветом.

Характерные особенности световых эффектов

Выясняя, как за счет рекомбинации дырок и электронов появляется неодинаковое излучение света, в результате чего светодиоды меняют цвет. Это излучение специалисты характеризуют параметрами квантового выхода. Эта величина получается в результате формирования определенного количества выделенных световых фантов.

  • Внутренний. Находится внутри полупроводникового перехода.
  • Внешний. Его место – непосредственно конструкция самого светодиода.

В первом случае теоретически можно обеспечить квантовый выход в параметрах, близких к 100% показателям. Но при одном условии – потребуется создавать экстремально высокие (для данного диода) токи и обеспечить эффективный отвод тепла.

Второй уровень предусматривает рассеивание части света внутри самого источника. Это свечение в основном поглощается элементами конструкции осветительного устройства, в результате снижается общая эффективность излучения.

RGBW светодиоды

Мы уже отмечали, что для формирования идеально белого цвета, необходимо обеспечить эффективную работу каждого RGB-светодиода, для чего максимально точно отбалансировать яркость свечения по каждому отдельному кристаллу. На практике это сделать достаточно сложно, поэтому, чтобы решить задачу кратчайшим путем, следует дополнить устройство диода кристаллом четвертого свечения. То есть, к красному, синему и зеленому кристаллам, являющимися обязательными компонентами современного диода, добавляется еще один кристалл – белый.

Подведем итог

Очевидно, что в конструкции современного светодиода имеются элементы, позволяющие при определенных условиях менять цвет. Основная причина этого – поведение контроллера, который под воздействием меняющегося напряжения передает соответствующие команды на RGB-светодиод.

Световая шкала светодиодов

07 Октября 2015


Светодиоды сегодня применяются практически везде. Потому не будет лишним узнать, как они различаются и, что в какой ситуации более подходит.


Хотя сегодня существует несколько доступных вариаций светодиодного света, все они относятся к трем основным категориям: «теплый белый», «чисто белый» и «холодный белый». На противоположных концах спектра находится «теплый белый», который содержит желтые оттенки белого света и «холодный белый», который отражает оттенки синего. Посередине находится «чистый белый», который как видно из названия, является наиболее чистым из вариаций светодиодного света. В этом смысле измеряются только белые и синие светодиоды, остальные вне бело-синего спектра таких свойств не имеют.

Несмотря на то, что светодиоды излучают свет не за счет нагревания, мы по-прежнему используем коррелированную световую температуру, когда описываем работу светодиодов.

Различные температуры = различные цвета:

Когда свечение белого светодиода имеет желтоватый оттенок, это обычно около 3000 Кельвина (К). Из-за «желтоватости» этот цвет называется «теплый белый». Далее вверх по шкале, «чистый белый» светодиодный свет измеряет на уровне около 4500К и даже выше есть «холодный синий» белый свет, который измеряется на уровне 6500K и более.

Естественно, возникает некоторая путаница по этому поводу. Если температура низкая, почему это считается «теплым»? И если высокая, то почему называется «холодным»?

Ответ на этот вопрос должен пониматься с точки зрения зрительного понимания этих слов. Человеческий разум на протяжении многих веков подразумевал желтый оттенок, как теплый, а синий как более холодный.

Таким образом «теплый» и «холодный» не более чем прилагательные, используемые для описания излучаемого света.

Существует масса примеров света вокруг нас, который может быть применен к температурной шкале света:

  • восход/закат — 2500K

  • раннее солнце днем — 5000K

  • пасмурное небо — 6000K

  • тень от синего неба — 7500K

  • голубое небо — 10000K

Что нужно иметь ввиду при покупке белых светодиодов:


Более высокие температуры цвета не обязательно указывают на более высокое их качество или более дорогой свет. Это также не означает, что он ярче, чем другие. Цена продукта в значительной степени зависит от вариации в диодах, а не от диапазона цветовой температуры светодиода.

Также имейте в виду, что светодиоды не являются совершенными. Каждый диод имеет небольшие отклонения в своей цветовой температуре. Более дешевые и низкокачественные светодиоды имеют более широкий разброс цветовой температуры. Например, температура теплого белого светодиода может колебаться от 3000- до 3500 °К. Это очень существенная разница. Светодиоды высокого качества, с другой стороны, имеют гораздо более жесткий диапазон, зачастую с разницей всего в 150-300К.

Почему это важно? Неожиданные изменения в белом свете могут оказаться весьма заметными в зависимости от того, как светодиод используется. Теплый свет лучше всего использовать в жилых помещениях, как это он лучше сочетается с одеждой и оттенками кожи. Холодный свет, с другой стороны, является предпочтительным для визуальных задач, так как она производит отличный контраст. Для достижения наилучшего результата необходимо запомнить следующие простые основы:






Тип белого цвета

Температурный диапазон

Излучаемый свет

Лучше всего для

Например

теплый

3000-4500 К

Белый с желтым оттенком

Помещений, в которых необходимо менее интенсивное освещение

Спальни, рестораны, лобби и ресепшен офисов и отелей, бутики.

чистый

4500-6000 К

Белый

Интенсивного светового применения

Хирургическое освещение, фотосъемка в помещении, офисы, точки продаж, фабрики, школы

Холодный

6000-7500 К

Белый с синим оттенком

Специальные случаи, нуждающиеся в высокой световой интенсивности и хорошей цветопередаче

Арт галереи, музеи, ювелирные магазины

Пожалуйста заполните обязательные поля.

Ошибка отправки формы. Попробуйте еще раз.

Спасибо, ждите звонка.

Возврат к списку

Какой свет излучают светодиоды?

Разберёмся с основными характеристиками света, который излучают светодиоды.

Прежде всего, этот свет имеет настолько узкий спектр, что воспринимается нами как монохроматичный. Эта особенность светодиодов долгое время определяла их применение в качестве индикаторных приборов, ведь первыми были получены светодиоды, излучающие красный и зелёный свет. Позднее научились создавать светодиоды, излучающие свет самых разных цветов − от инфракрасного до ультрафиолетового – и сфера их применения существенно расширилась.

Цвет излучения зависит от материала полупроводника и легирующих примесей, на основе которых изготовлен светодиод. Дело в том, что разные материалы испускают фотоны с различными длинами волн. Та длина волны, которая преобладает в спектре излучения светодиода, называется доминирующей и обычно указывается его производителем.

Первые светодиоды делали на основе таких материалов, как фосфид галлия (GaP), тройное соединение AIGaAs и тройное соединение GaAsP. Сейчас их используют только для изготовления индикаторных светодиодов. А для производства более мощных осветительных светодиодов используются новые материалы, способные выдерживать необходимые уровни тока, высокий нагрев и высокую влажность. В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники AllnGaP, а в синих, зеленых и голубых – InGaN.

Светодиоды, изготовленные из этих материалов, в совокупности перекрывают почти всю область видимого света с промежутком в зелёно-жёлтой области. Цвета, соответствующие этому диапазону длин волн, могут быть получены с помощью совместного использования зелёных и красных светодиодов.

Именно объединение светодиодов разного цвета в одном приборе, а также управление интенсивностью излучения основных цветов позволяет получить до 16 миллионов всевозможных цветовых оттенков. Современные светодиодные светильники могут производить свет сочных насыщенных цветов, нежнейших пастельных оттенков, а также белый свет различной температуры.

В данном случае речь идёт о цветовой температуре светодиодов — характеристике белого света, которая определяет его восприятие в терминах «тёплый» или «холодный» и позволяет сделать эту оценку более объективной. Цветовая температура сопоставляет цвет спектра излучения источника света с цветом излучения нагретого до этой температуры «абсолютно чёрного тела».

Например, цветовая температура около 2700 К характеризует сверхтёплый (оранжево-жёлтый) цвет, близкий к цвету излучения лампы накаливания;
около 3000 К – тёпло-белый цвет;
около 4000 К – нормально-белый цвет;
около 5000 К – холодный белый цвет;
около 6500 К – естественный дневной цвет.

Любой источник света имеет свою цветовую температуру – это хорошо видно из рисунка. Цветовая температура современных белых светодиодов может колебаться в пределах 2500-15000К, что позволяет использовать их для различных целей.

Существуют также приборы, у которых цветовая температура светодиодов может регулироваться прямо во время работы. Они особенно удобны при освещении сменных витрин в магазинах, для применения различных схем утреннего, дневного и ночного освещения в общественных помещениях, а также в театрах и студиях.

Интересно, что выбор цветовой температуры источников искусственного освещения во многом зависит от места проживания. Так, население южных стран любят нейтральный свет, жители северных государств выбирают более «тёплые» источники света, а в странах Азии предпочтение однозначно отдаётся холодному свету с цветовой температурой не ниже 5000К.

Ещё одним важным параметром, характеризующим источник белого света, является индекс цветопередачи. Это относительная величина (от 0 до 100), показывающая, насколько правильно (натурально) в свете данного источника видны разные цвета. За эталон (Ra=100) принят солнечный свет.

Для определения величины Ra проводится тест с использованием 8 эталонных цветов (см. рисунок). Чем меньше отклонение цвета от его эталона, тем лучше характеристики цветопередачи данного источника и выше значение индекса цветопередачи. Комфортной для человека считается цветопередача 80-100.

Минимально приемлемое значение индекса цветопередачи зависит от области применения источника света. Так, для большинства торговых, офисных, образовательных, медицинских и жилых помещений индекс цветопередачи должен быть не ниже 70-90. А для театров, выставочных залов, фото студий и других помещений, в которых хорошая цветопередача является критически важной, требуется значение индекса цветопередачи в диапазоне 90-100. Индекс цветопередачи современных светодиодов часто поднимается до значений 95-96 и вполне достаточен для большинства приложений.

Читайте другие выпуски светодиодного ликбеза:

Выпуск 1. Что такое светодиоды и почему они светятся?

Выпуск 2. Какой свет излучают светодиоды?

Выпуск 3. Как получают белые светодиоды?

Выпуск 4. Смешение цветов в светодиодных приборах

Выпуск 5. Применение LED приборов

Выпуск 6. Светодиоды на сцене

Выпуск 7. Энергоэффективность светодиодов — миф или реальность?

Выпуск 8. От чего зависит срок службы светодиодов?

Как работают светодиоды и их виды, полярность и расчет резистора

Светодиоды – одни из самых популярных электронных компонентов, использующиеся практически в любой схеме. Словосочетание “помигать светодиодами” часто используется для обозначений первой задачи при проверке жизнеспособности схемы. В этой статье мы узнаем, как работают светодиода, сделаем краткий обзор их видов, а также разберемся с такими практическими вопросами как определение полярности и расчет резистора.

Устройство светодиода

Светодиоды — полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

 

Светодиод состоит из нескольких частей: 

  • анод, по которому подается положительная полуволна на кристалл; 
  • катод, по которому подается отрицательная полуволна на кристалл; 
  • отражатель; 
  • кристалл полупроводника; 
  • рассеиватель.  

Эти элементы есть в любом светодиоде, вне зависимости от его модели.  

Светодиод является низковольтным прибором. Для индикаторных видов напряжение питания должно составлять 2-4 В при токе до 50 мА. Диоды для освещения потребляют такое же напряжение, но их ток выше – достигает 1 Ампер. В модуле суммарное напряжение диодов оказывается равным 12 или 24 В.  

Подключать светодиод нужно с соблюдением полярности, иначе он выйдет из строя.  

Цвета светодиодов

Светодиоды бывают разных цветов. Получить нужный оттенок можно несколькими способами.  

Первый – покрытие линзы люминофором. Таким способом можно получить практически любой цвет, но чаще всего эта технология используется для создания белых светодиодов.  

RGB технология. Оттенок получается за счет применения в одном кристалле трех светодиодов красного, зеленого и синего цветов. Меняется интенсивность каждого из них, и получается нужное свечение.  

Применение примесей и различных полупроводников. Подбираются материалы с нужной шириной запрещенной зоны, и из них делается кристалл светодиода.   

Принцип работы светодиодов

Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.  

При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны. 

Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия: 

  • ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света; 
  • полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.  

Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.  

Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).  

Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.  

Светодиоды инфракрасного, красного и желтого цветов изготавливаются на основе фосфида галлия, зеленый, синий и фиолетовый – на основе нитридов галлия.  

Виды светодиодов, классификация

По предназначению выделяют индикаторные и осветительные светодиоды. Первые используются для стилизации, декоративной подсветки – например, украшение зданий, рекламные баннеры, гирлянды.  Осветительные приборы используются для создания яркого освещения в помещении.  

По типу исполнения выделяют: 

  • Dip светодиоды. Они представляют собой кристаллы, заключенные в цилиндрическую линзу. Относятся к индикаторным светодиодам. Существуют монохромные и многоцветные устройства. Используются редко из-за своих недостатков: большой размер, малый угол свечения (до 120 градусов), падение яркости излучения при долгом функционировании на 70%, слабый поток света.
    Dip светодиоды

     

  • Spider led. Такие светодиоды похожи на предыдущие, но имеют 4 выхода. В таких диодах оптимизирован теплоотвод, повышается надежность компонентов. Активно используются в автомобильной технике.  
  • Smd – светодиоды для поверхностного монтажа. Могут относиться как к индикаторным, так и к осветительным светодиодам.
    Smd

     

  • Cob (Chip-On-Board) – кристалл установлен непосредственно на плате. К преимуществам такого решения относятся защита от окисления, малые габариты, эффективный отвод тепла и равномерное освещение по всей площади. Светодиоды такой марки являются самыми инновационными. Используются для освещения. На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов. Сверху светодиодная матрица покрывается люминофором. Активно используются в автомобильной индустрии для создания фар и поворотников, при разработке телевизоров и экранов компьютеров.  
    Cob
  • Волоконные – разработка 2015 года. Могут использоваться в производстве одежды. 
    Волоконные
  • Filament также является инновационным продуктом. Отличаются высокой энергоэффективностью. Используются для создания осветительных ламп. Важное преимущество – возможность осуществления монтажа напрямую на подложку из стекла. Благодаря такому нанесению есть возможность распространения света на 360 градусов. Конструкция состоит из сапфирового стекла с диаметром до 1,5 мм и специально выращенных кристаллов, которые соединены последовательно. Число кристаллов обычно ограничивается 28 штуками. Светодиоды помещаются в колбу, которая покрыта люминофором. Иногда филаментные светодиоды могут относить к классу COB изделий.
    Filament

     

  • Oled. Органические тонкопленочные светодиоды. Используются для построения органических дисплеев. Состоят из анода, подложки из фольги или стекла, катода, полимерной прослойки, токопроводящего слоя из органических материалов. К преимуществам относятся малые габариты, равномерное освещение по всей площади, широкий угол свечения, низкая стоимость, длительный срок службы, низкое потребление электроэнергии. 
    Oled
  • В отдельную группу выделяются светодиоды, излучающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. Они могут быть с выводами, так и в виде smd исполнения. Используются в пультах дистанционного управления, бактерицидных и кварцевых лампах, стерилизаторах для аквариумов.  

Светодиоды могут быть:

  • мигающими – используются для привлечения внимания;
  • многоцветными мигающими;
  • трехцветными – в одном корпусе есть несколько несвязанных между собой кристаллов, которые работают как по отдельности, так и все вместе;
  • RGB;
  • монохромными.

Светодиоды классифицируются по цветовой гамме. Для максимально точной идентификации цвета в документации прибора указывается его длина волны излучения.  

Белые светодиоды классифицируются по цветовой температуре. Они бывают теплых оттенков (2700 К), нейтральных (4200 К) и холодных (6000 К). 

По мощности выделяют светодиоды, потребляющие единицы мВт до десятков Вт. Напрямую от мощности зависит сила света.  

Полярность светодиодов

Полярность светодиодов

При неправильном включении светодиод может сломаться. Поэтому важно уметь определять полярность источника света.  Полярность – это способность пропускать электрический ток в одном направлении.  

Полярность моно определить несколькими способами: 

  • Визуально. Это самый простой способ. Для нахождения плюса и минуса у цилиндрического диода со стеклянной колбой нужно посмотреть внутрь. Площадь катода будет больше, чем площадь анода. Если посмотреть внутрь не получится, полярность определяется по контактам – длинная ножка соответствует положительному электроду. Светодиоды типа  SMD имеют метки, указывающие на полярность. Они называются скосом или ключом, который направлен на отрицательный электрод. На маленькие smd наносятся пиктограммы в виде треугольника, буквы Т или П. Угол или выступ указывают на направление тока – значит, этот вывод является минусом. Также некоторые светодиоды могут иметь метку, которая указывает на полярность. Это может быть точка, кольцевая полоска.  
  • При помощи подключения питания. Путем подачи малого напряжения можно проверить полярность светодиода. Для этого нужен источник тока (батарейка, аккумулятор), к контактом которого прикладывается светодиод, и токоограничивающий резистор, через который происходит подключение. Напряжение нужно повышать, и светодиод должен загореться при правильном включении.  
  • При помощи тестеров. Мультиметр позволяет проверить полярность тремя способами. Первый – в положении проверка сопротивления. Когда красный щуп касается анода, а черный катода, на дисплее должно загореться число , отличное от 1. В ином случае на экране будет светиться цифра 1. Второй способ – в положении прозвонка. Когда красный щуп коснется анода, светодиод загорится. В ином случае он не отреагирует. Третий способ – путем установки светодиода в гнездо для транзистора. Если в отверстие С (коллектор) будет помещен катод – светодиод загорится.  
  • По технической документации. Каждый светодиод имеет свою маркировку, по которой можно найти информацию о компоненте. Там же будет указана полярность электродов.  

Выбор способа определения полярности зависит от ситуации и наличия у пользователя нужного инструмента.  

Расчет сопротивления для светодиода

Диод имеет малое внутреннее сопротивление. При подключении его напрямую к блоку питания, элемент перегорит. Чтобы этого не случилось, светодиод подключается к цепи через токоограничивающий резистор. Расчет производится по закону Ома: R=(U-Uled)/I, где R – сопротивление токоограничивающего резистора, U – питание источника; Uled – паспортное значение напряжения для светодиода, I – сила тока. По полученному значению и подбирается мощность резистора.  

Важно правильно рассчитать напряжение. Оно зависит от схемы подключения элементов.  

Можно не производить расчет сопротивления, если использовать в цепи мощный переменный или подстроечный резистор. Токоограничивающие резисторы существуют разного класса точности. Есть изделия на 10%, 5% и 1 % – это значит, что погрешность варьируется в указанном диапазоне.  

Выбирая токоограничивающий резистор, нужно обратить внимание и на его мощность. почти всегда, если при малом рассеивании тепла устройство будет перегреваться и выйдет из строя. Это приведет к разрыву электрической цепи.  

Когда нужно использовать токоограничивающий резистор: 

  • когда вопрос эффективности схемы не является основным – например, индикация; 
  • лабораторные исследования. 

В остальных случаях лучше подключать светодиоды через стабилизатор – драйвер, что особенно это актуально в светодиодных лампах. 

Онлайн – сервисы и калькуляторы для расчета резистора:

Основы работы с светодиодными диодами

| Типы, цвета и применение светодиодов

Light Emitting Diode или просто LED — один из наиболее часто используемых источников света в наши дни. Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной вашего дома, применения светодиодов бесчисленны.

В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, светодиоды (и люминесцентные лампы) нуждаются в специальной цепи для их работы. Их просто называют драйверами светодиодов (или балластом в случае люминесцентных ламп).

Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, заинтересованным людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. Д.) Будет полезно познакомиться с основами работы со светоизлучающими диодами. Эта статья представляет собой краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические обозначения светодиода, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.

ПРИМЕЧАНИЕ: Существует более простая версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», которая дает более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические детали.

Введение

Двумя наиболее важными полупроводниковыми источниками излучения света, широко используемыми в различных приложениях, являются ЛАЗЕРНЫЕ диоды и светодиоды. Принцип работы ЛАЗЕРНЫХ диодов основан на вынужденном излучении, тогда как у светодиодов — на спонтанном излучении.

Светоизлучающие диоды — наиболее распространенный источник света, доступный в электронных компонентах. Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах определенных устройств отображения.Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке диаграммы направленности можно использовать множество интегрированных оптических компонентов. Его главное преимущество — низкая стоимость производства и более длительный срок службы, чем у лазерного диода.

Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов. Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.

Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N — к земле, считается, что соединение находится в прямом смещении, что позволяет электрическому току проходить через диод. Основные и неосновные носители заряда на стороне P и стороне N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.

Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, которая напоминает цвет светодиода.Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.

В общем, это может быть определено как определенный конкретный диапазон длин волн в электромагнитном спектре. Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого в производстве. Обычно доступные цвета светодиодов — красный, зеленый, синий, желтый, желтый и белый.

Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью.Рабочее напряжение красного, зеленого, желтого и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода. Цвет излучаемого в светодиодах света определяется полупроводниковыми материалами, которые образуют PN-переход диода.

Это происходит из-за различий в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, и поэтому разное количество фотонов испускается с разными частотами.Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходную длину волны можно поддерживать с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая выход в видимом диапазоне.

Свет можно производить и управлять с помощью электронных средств различными способами. В светодиодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс.При определенных условиях получения света твердотельные процедуры могут производить когерентный свет, как и в лазерных диодах.

Типы светодиодов

Светодиоды можно условно разделить на две основные категории светодиодов. Их

  • Видимые светодиоды
  • Невидимые светодиоды

Светодиоды видимого диапазона в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков. Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. Д., с использованием фотодатчиков.

Эффективность

Рейтинг светодиодов определяется по световой отдаче. Он определяется как отношение светового потока к входной электрической мощности, подаваемой на диод, и может выражаться в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на световые волны различной длины.

Цвет Длина волны (нм) Типичная эффективность (лм / Вт) Типичная эффективность (Вт / Вт)
Красный 620-645 72 0.39
Зеленый 520-550 93 0,15
Синий 460 — 490 37 0,35
Голубой 490-520 75 0,26
Красный — Оранжевый 610-620 98 0,29

Светодиодная конструкция

Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов.Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным твердым пластиковым корпусом полусферической формы из эпоксидной смолы, который защищает светодиод от атмосферных возмущений, вибраций и тепловых ударов. PN-переход формируется с использованием материалов с наименьшей шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия-индия, нитрид алюминия-галлия, карбид кремния и т. Д.

На самом деле светодиодный переход не излучает много света, поэтому корпус из эпоксидной смолы построен таким образом, что фотоны света, излучаемые переходом, отражаются от окружающей основы подложки и фокусируются через куполообразную вершину Светодиод, который сам по себе действует как линза, концентрирующая большее количество света.

Это причина, по которой излучаемый свет кажется самым ярким в верхней части светодиода.

Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый / желтый / оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия. Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы из алюминия на стороне P и олова на стороне N соответственно.

Светодиоды предназначены для обеспечения максимальной рекомбинации носителей заряда на поверхности PN-перехода следующими способами.

  • При увеличении концентрации легирования подложки электроны дополнительных неосновных носителей заряда перемещаются к вершине структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
  • Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, то есть L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, а τ — время жизни носителей заряда.При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения выпущенных фотонов в устройство.

Когда диод подключен в прямом смещении, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий в PN-переходе. Когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P-типа, так и N-типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть излучательной или безызлучательной.Излучательная рекомбинация излучает свет, а безызлучательная рекомбинация производит тепло.

Органические светодиоды (OLED)

В органических светодиодах сложный полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиода, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в какой-то части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или в полимерных молекулах.Его преимущества заключаются в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальном контрасте и интенсивности.

Цвета светоизлучающих диодов

В отличие от обычных полупроводников, сигнальных диодов, которые используются для переключения схем, выпрямителей и схем силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды изготавливаются из сложных полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, Карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются вместе в разных соотношениях для получения уникальной отличительной длины волны цвета.

Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях видимого светового спектра и, следовательно, создают свет с разными уровнями интенсивности. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.

Диаграмма направленности

Он определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в перпендикулярном направлении с излучающей поверхностью.Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80 ° до 110 °.

Цвет Длина волны (нм) Падение напряжения (В) Материал полупроводника
Инфракрасный > 760 Арсенид галлия
Алюминий Арсенид галлия
Красный 610-760 1.6-2,0 Алюминий Арсенид галлия
Фосфид арсенида галлия
Алюминий Галлий фосфид индия
Фосфид галлия
Оранжевый 590-610 2,0 — 2,1 Фосфид арсенида галлия
Алюминий Галлий фосфид индия
Фосфид галлия
Желтый 570-590 2.1 — 2,2 Фосфид арсенида галлия
Алюминий Галлий фосфид индия
Фосфид галлия
Зеленый 500-570 1,9 — 4,0 Галлий фосфид индия
Алюминий Галлий фосфид индия
Алюминий фосфид галлия
Нитрид индия и галлия
Синий 450-500 2.5 — 3,7 Селенид цинка
Нитрид индия и галлия
Карбид кремния
Кремний
Фиолетовый 400-450 2,8 — 4,0 Нитрид индия-галлия
Фиолетовый несколько типов 2,4 — 3,7 Двойные синие / красные светодиоды
Синий с красным люминофором
Белый с фиолетовым пластиком
ультрафиолетовый 3.1-4,4 Алмаз
Нитрид бора
Нитрид алюминия
Алюминий нитрид галлия
Алюминий галлий Нитрид индия
Розовый несколько типов 3,3 Синий с люминофором
Желтый с красным, оранжевым или розовым фосфором
Белый с розовым пигментом
Белый Широкий спектр 3.5 Синий / УФ-диод с желтым люминофором

Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, в котором находится светодиод. Кожух используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не работает от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже обычных стандартных цветных светодиодов из-за производственных затрат на смешение двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.

Общие характеристики источников света

Ток привода против светового выхода

При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеивания мощности. Такое повышение температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию к снижению светоизлучающей эффективности любого источника света.

Квантовая эффективность

Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к общей скорости рекомбинации, и выражается как:

η = Rr / Rt

Скорость переключения

Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться с помощью приложенного электрического питания для создания соответствующего шаблона оптического выхода. Светодиоды имеют более низкую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.

Спектральная длина волны

Пиковая спектральная длина волны определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.

Спектральная ширина

Спектральная ширина источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в пределах более узкой спектральной ширины.

Вольт-амперные характеристики светодиода

Перед тем, как излучать свет из любого светоизлучающего диода, через него должен протекать ток, поскольку светодиод является устройством, зависящим от тока, а его выходная сила света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.

Светоизлучающий диод должен быть подключен к источнику питания с прямым смещением, и его ток должен быть ограничен с помощью резистора, подключенного последовательно, чтобы защитить его от избыточного тока. Светодиод не следует подключать напрямую к батарее или источнику питания, потому что через него будет протекать избыточный ток, и светодиод может повредиться.

Каждый светодиод имеет собственное индивидуальное прямое падение напряжения вдоль PN-перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода для заданного количества тока прямой проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.

При низких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного кристалла. При более высоких прямых напряжениях в управляющем токе диода преобладает ток радиационной диффузии.

Даже при более высоких напряжениях, чем обычно, ток диода ограничен последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя на короткое время, так как это может привести к необратимому повреждению диода.На рисунке ниже показаны ВАХ светодиодов разного цвета.

Расчет сопротивления светодиодов серии

Светоизлучающий диод хорошо работает, когда он включен последовательно с сопротивлением, в результате прямой ток, необходимый для светодиода, обеспечивается напряжением питания через комбинацию. Значение сопротивления последовательного резистора можно рассчитать по следующей формуле. Обычно прямой ток нормального светодиода составляет 20 мА.

Многоцветный светодиод

На рынке доступно большое количество светодиодов различных форм и размеров, разных цветов и различной интенсивности светового потока. Красный светодиоды арсенида фосфида галлия диаметром 5 мм являются наиболее часто используемыми светодиодами, и их производство очень дешево. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.

Двухцветные светодиоды

Двухцветные светодиоды представляют собой тип светодиодов, похожих на одноцветные светодиоды, только с одним дополнительным светодиодным чипом, заключенным в корпус. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три вывода для подключения; это зависит от используемого метода. Обычно два вывода светодиода подключаются обратно параллельно. Анод одного светодиода соединен с катодом другого светодиода и наоборот. Когда питание подается на любой из анодов, светится только один светодиод.Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.

Трехцветный светодиод

Обычно трехжильный светодиод имеет общий катодный вывод, к которому оба других светодиодных чипа подключены внутри. Должен быть включен один или два светодиода, необходимо заземлить общий катод. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.

Для одно- или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключать питание к любому из анодов по отдельности или одновременно.Эти трехцветные светодиоды состоят из одиночных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов, включая два светодиода с разным соотношением прямого тока.

Цепи светодиодных драйверов

Интегральные схемы Для управления светодиодами можно использовать комбинационные или последовательные схемы. Светодиоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических вентилей TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации.Это режимы конфигурации источника и приемника.

Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации режима стока, может составлять около 50 мА, а в конфигурации режима источника прямой ток может составлять около 30 мА. Однако ток, подаваемый светоизлучающим диодом, должен ограничиваться резистором, подключенным последовательно.

Управление светодиодом с использованием транзистора

Вместо использования интегральных схем, светодиоды можно управлять с помощью дискретных компонентов, таких как биполярные транзисторы PNP и NPN.Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах светодиодной матрицы.

Меньшее количество приложений использует в своей работе только один светодиод. Переходные транзисторы используются для управления током через несколько светоизлучающих диодов таким образом, что прямой ток, возбуждаемый светодиодами, составляет около 10-20 мА. Если для управления светодиодом используется транзистор NPN, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется транзистор PNP, то последовательный резистор действует как приемник тока.

Приложения, такие как массив подсветки экрана, уличные фонари или в качестве замены люминесцентной лампы или лампы накаливания, для большинства приложений требуется более одного светодиода. Как правило, параллельное управление несколькими одиночными светодиодами вызывает неравномерное распределение тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.

Если один светодиод не работает, последовательные светодиоды можно устранить, установив параллельные стабилитроны или кремниевые выпрямители (SCR) на каждом отдельном светодиоде последовательно.SCR — это разумный выбор, потому что они рассеивают меньше энергии, если они должны работать вокруг вышедшего из строя светодиода.

В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.

Управление интенсивностью света светодиода с помощью ШИМ

Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется протекающим через него током. Поскольку ток через него меняется, яркость света можно регулировать.Если через диод пропускается большой ток, светодиодный свет светится намного лучше, чем обычно.

Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света еще больше возрастает и светодиод рассеивает тепло. Предел прямого тока, установленный для проектирования светодиода, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень меньше, может быть вероятность выключения светодиода.

В таких случаях для управления яркостью света и током, требуемым светодиодами, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света.Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате для передачи необходимого количества мощности используются драйверы PWM, поскольку они вообще не передают мощность.

Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в схемы светодиодов, в первую очередь требуется генератор ШИМ. Есть разное количество генераторов ШИМ.

Светодиодные экраны

Одноцветные, двухцветные, многоцветные и несколько других светодиодов объединены в один корпус.Их можно использовать как подсветку, полосы и гистограммы. Одним из важнейших требований цифровых устройств отображения является визуальный числовой дисплей. Типичный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов виден на семисегментных дисплеях.

Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.

Отображаемая информация может быть в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, символов, а также буквенно-цифровых символов.Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одной для каждого светодиода, а оставшийся — общая точка подключения для всех внутренних светодиодов.

Если катоды всех светодиодов соединены вместе и посредством подачи логического ВЫСОКОГО сигнала, то загораются отдельные сегменты. Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединены вместе и посредством подачи логического сигнала LOW, то отдельные сегменты подсвечиваются.

Светодиодные преимущества, недостатки и применение

Преимущества

  • Малый размер микросхемы и низкая стоимость
  • Длительный срок службы
  • Высокая энергоэффективность
  • Низкотемпературный
  • Гибкость конструкции
  • Много цветов
  • Экологичность
  • Высокая скорость переключения
  • Высокая сила света
  • Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
  • Меньше подвержены повреждениям
  • Меньше излучаемого тепла
  • Повышенная устойчивость к тепловым ударам и вибрациям
  • Отсутствие УФ-лучей

Недостатки

  • Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
  • Чувствительность к повреждениям повышенным напряжением и / или током.
  • Теоретический общий КПД достигается только в особых холодных или импульсных условиях.

Приложения

  • В автомобилях и велосипедных фарах
  • В светофоре Указатели, знаки и сигналы
  • В панелях отображения данных
  • В медицине и игрушках
  • Невизуальные приложения
  • В лампах и многом другом
  • Пульт дистанционного управления

Как определить различные цветовые температуры светодиодных ламп?

Вы когда-нибудь расстраивались из-за существующих огней, когда они выглядели не так, как вы хотели? Либо ваша коллекция сувениров выглядит слишком размытой и резкой, либо освещение в ванной настолько тускло, что вы не можете хорошо видеть, прищурившись.

Скорее всего, вы неправильно выбрали цветовую температуру светодиодной лампы.

Установка правильной температуры света приведет к совершенно разному настроению и функциям вашего помещения, поэтому важно, чтобы вы прочитали это руководство, чтобы понять, на что обращать внимание.

Вы можете определить цветовую температуру светодиодной лампы, прочитав рейтинг CCT, который варьируется в градусах Кельвина от 2000K как теплый желтоватый свет до 6000K как холодный голубоватый свет.

Цветовая температура

и люмен: в чем разница

Каждый источник света уникален и имеет свою индивидуальность. Надежный, четкий и прохладный свет от светодиодных ламп на кухне позволит вам сосредоточиться на творческой кулинарии. В то время как успокаивающее теплое сияние от прикроватной тумбочки поможет вам расслабиться, когда вы погрузитесь в кровать.

Два (из многих характеристик) света определяют его характер, что помогает вам выбрать, где и как его использовать. У вас также могут быть определенные предпочтения в отношении определенного ощущения света.

Во-первых, люмены, пожалуй, самая важная особенность, на которую нужно обращать внимание. Люмены — это измерение общего светового потока лампочки.

Люмены просто измеряют яркость. В качестве типичного примера, средняя лампа накаливания мощностью 60 Вт дает около 800 люмен света.

Другой особенностью является цветовая температура, также известная как коррелированная цветовая температура, сокращенно CCT, которая представляет собой просто внешний вид цвета белой лампочки. Он измеряется в градусах Кельвина.

Это измерение, в частности, дает общее указание на кажущуюся «прохладу» или «теплоту» излучаемого света.

Вы могли бы рассмотреть люмены лампочки, чтобы выяснить, насколько ярким должен быть ваш свет в определенном месте вашего дома или офиса.

Вы должны выбрать подходящую цветовую температуру (CCT) лампы в зависимости от функции света.

Эти два рейтинга не связаны и не влияют друг на друга.

Но как насчет того, чтобы создавать разные настроения в одном помещении в течение дня или для некоторых случаев?

Как светодиоды излучают разные белые цвета?

Существует множество исследований, подтверждающих пользу различных цветовых температур света и их влияние на человеческое тело в течение дня.

Можно привести веские доводы в пользу динамически изменяющегося светодиодного освещения CCT для удовлетворения циркадных ритмов человеческого тела, которые включают физиологические функции, обучение, память, настроение и эффективность среди других колебаний.

Эта функция регулируемой температуры может называться, среди прочего, «белым освещением поворотного стола», «регулируемым белым» или «освещением по индивидуальному заказу».

Все больше и больше производителей предлагают конечным пользователям настраиваемые варианты CCT. Это также более экономичный метод, позволяющий получить более одной цветовой температуры без покупки нескольких лампочек и светильников.

Таким образом, один светодиодный светильник может производить теплый белый свет 3000K, нейтральный белый свет 4000K или холодный белый свет 5000K при перемещении кнопки.

Это может быть сделано за счет наличия двух разных типов светодиодных чипов внутри одного.

светодиодной ленты или лампы и с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) через материнскую плату становится возможным градиент цветовых температур, переводя ваше настроение от расслабленного к внимательному.

Светодиод будет иметь как теплые, так и холодные светодиоды белого цвета. Например, светодиодная лента может иметь 2900K для теплого белого и 6500K для ярко-белого, что дает вам различные возможности смешивания цветов между ними.

Наверное, самой популярной лампой, способной изменять цветовую температуру, является умный свет Philips Hue (Amazon).

Вы можете управлять им с помощью Alexa, Google Assistant и Apple Home Kit. Однако, если этого недостаточно, вы можете управлять им через приложение и настраивать нужную температуру.

Как проверить цветовую температуру лампы?

Если вы не знаете, какие цвета лампочки есть, вы не одиноки. На многих лампочках нанесено множество цифр, и иногда трудно понять, что они означают.

Все цветовые температуры лампочек, включая светодиоды, измеряются по температуре Кельвина. Чем выше значение температуры Кельвина, тем «холоднее» или «белее» цвет до действительно высоких значений, таких как 6000K, которые начинают давать голубоватый оттенок.

В качестве альтернативы, чем ниже значение температуры Кельвина, тем «теплее» или «желтее» будет цвет лампочки.

Так, например, на лампочке вы увидите число, похожее на «2700K», или «27K», или даже просто «27».

Теперь иногда, наряду с цветовой температурой, номер детали лампы будет содержать номер комбинации, который также включает индекс цветопередачи (CRI).

Этот CRI может быть из серии «700», «800» или «900». Это просто означает процент CRI, поэтому серия 800 представляет CRI 80%, серия 900 представляет CRI 90% и т. Д.

Номер серии 800 представляет цветопередачу, которая представляет собой шкалу, показывающую, насколько точно источник света передает цвет.Чем выше число, тем точнее будет светлый цвет.

Итак, когда написано вместе как комбинация, вы увидите что-то вроде «827». На этой фотографии показано, как представлено это конкретное число:

Как видите, есть номер детали LA19 / 12/827 / OD-33. Цветовая температура обозначается цифрой «27» или «2700K», что является теплым цветом по шкале Кельвина.

Если бы на лампе было напечатано «841», то это была бы серия 800 и «41» или «4100K», что является холодным (более белым) цветом по шкале Кельвина.

Индикация низкой температуры CCT сначала меняется с красного на оранжевый, а затем на желтый. Следовательно, термин «тепло» для описания света с низкой температурой CCT, возможно, является заимствованием ощущения огня или свечи, горящей оранжевыми тонами.

Влияет ли цветовая температура на яркость?

Цветовая температура купленной лампы отражает только ее цвет. Вы должны получить нужный цвет, поскольку он полностью меняет внешний вид и функциональность помещения.

Чем не является цветовая температура, так это температура окружающей среды корпуса лампы или выделяемое ею тепло.И это не яркость лампочки.

Как упоминалось ранее, яркость определяется только световым потоком, который является одним из наиболее важных моментов, на которые нужно обращать внимание.

Таким образом, лампа с высокой цветовой температурой, например 5000 К, может выдавать 450 люмен. Напротив, низкотемпературная лампа, скажем, 3000K, может производить более 1600 люмен. Две характеристики лампы не связаны.

Также прочтите: В чем разница между Кельвином и Люменом?

Отказ от ответственности: ваш мозг может воспринимать более белый свет как более яркий из-за его более высокого контраста и четкости, но фактическая яркость будет такой же.

Заключительные слова

Теперь вы знаете немного больше о выборе правильной цветовой температуры для создания желаемой атмосферы.

Некоторые люди предпочитают в основном холодный белый свет, а другие предпочитают естественный теплый свет, характерный для лампы накаливания.

Вы обнаружили светодиодную лампу неправильного цвета и в конце концов вернули ее?

Есть ли в вашем доме зоны, в которых будет теплый или прохладный свет, или вы предпочитаете регулируемый свет?

Описание различных цветов светодиодной подсветки

Светодиодные лампы

произвели революцию в освещении, заменив старые лампы накаливания и люминесцентные лампы и сэкономив энергию.Однако понимание различных цветов светодиодной подсветки может сбивать с толку. Давайте осветим различия.

Экономия на светодиодах

Освещенность измеряется двумя показателями: люменами и ваттами. Люмены измеряют светоотдачу лампочки, а ватты — это мера электричества, необходимого для ее выработки. Лампа на основе светоизлучающих диодов (LED) использует только 20 процентов электричества, которое вырабатывает лампа накаливания, для производства таких же люменов — большая стоимость и экономия энергии.

От теплого до холодного

Светодиодные лампы бывают теплого белого, натурального белого и холодного белого цветов.Что означают эти названия и как лучше всего использовать различные цвета в вашем доме?

Мощность освещения указана на корпусах светодиодных ламп, где число в тысячах, за которым следует буква «K», обозначающая кельвины, единицы измерения температуры света. Тон света от лампочки покрывает температурную шкалу от «теплого» света с легким янтарным оттенком до «холодного» с более ярким белым оттенком. Чем выше число перед буквой K, тем ярче и холоднее свет.

Лампа 2700K, например, придаст теплый вид, создавая более расслабляющую обстановку.Диапазон Кельвина в 5000K или выше означает, что свет от лампочки будет ярким, холодным и, возможно, резким. В среднем диапазоне шкалы Кельвина находится естественное освещение с рейтингом Кельвина около 3500 К.

Местоположение определяет световую температуру

Лампы с температурой ниже кельвина лучше всего подходят для большинства помещений, от жилых помещений до спален. Освещение может повлиять на ваше настроение, поэтому теплый вид в этих комнатах приглашает расслабиться. Лампы с температурой ниже Кельвина наиболее близки к старым лампам накаливания «мягкого белого света».

Холодное освещение с температурой выше Кельвина лучше всего подходит для таких рабочих зон, как прачечная, гараж и рабочие помещения. Такое освещение подчеркивает детали и цвет в комнате. В большинстве коммерческих офисов используется прохладное освещение, поэтому оно имеет смысл и в жилых помещениях, ориентированных на конкретные задачи.

Декор комнаты также может иметь значение при выборе освещения. Зоны с деревянными полами и мебелью отличаются теплым освещением. Комнаты с большим количеством белого могут лучше всего выглядеть со средним естественным освещением. Однако самые высокие холодные белые лампы могут сделать в основном белые комнаты резкими или даже суровыми.

Некоторые светодиодные фонари могут также использоваться с переключателями яркости, что позволяет увеличивать или уменьшать световой поток лампы и настраивать настроение.

Освещение в других домашних условиях

Для освещения открытых площадок для отдыха, например террасы или патио, используйте теплый или естественный свет. Для освещения по периметру, такого как огни безопасности, используйте холодное освещение с более высокой температурой Кельвина.

Связанные — Стоит ли переходить на светодиодные лампы?

светоизлучающих диодов: грунтовка | источники света | Справочник по фотонике

Светодиоды (светодиоды) — это полупроводники, которые преобразуют электрическую энергию в энергию света.Цвет излучаемого света зависит от материала и состава полупроводника, при этом светодиоды обычно подразделяются на три длины волны: ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный.

Расс Даль, Opto Diode Corporation

Диапазон длин волн серийно выпускаемых светодиодов с одноэлементной выходной мощностью не менее 5 мВт составляет от 275 до 950 нм. Каждый диапазон длин волн сделан из определенного семейства полупроводниковых материалов, независимо от производителя. В этой статье будет представлен обзор работы светодиодов и краткий обзор отрасли.Также будут обсуждаться различные типы светодиодов, соответствующие длины волн, материалы, используемые в их составе, и некоторые применения для конкретных ламп.

Ультрафиолетовые светодиоды (УФ-светодиоды): от 240 до 360 нм

УФ-светодиоды специально используются для промышленного отверждения, дезинфекции воды и медицинских / биомедицинских целей. Уровни выходной мощности более 100 мВт были достигнуты на длинах волн всего 280 нм. Материал, в основном используемый для УФ-светодиодов, — это нитрид галлия / нитрид алюминия-галлия (GaN / AlGaN) с длинами волн 360 нм или более.Для более коротких волн используются запатентованные материалы. В то время как рынок длин волн 360 нм и более стабилизируется из-за более низких цен и большого количества поставщиков, более короткие волны производятся всего несколькими поставщиками, и цены на эти светодиоды все еще очень высоки по сравнению с остальными предложениями светодиодной продукции.

Светодиоды от ближнего ультрафиолетового до зеленого: от 395 до 530 нм

Материалом для изделий этого диапазона длин волн является нитрид индия-галлия (InGaN). Хотя технически возможно получить длину волны от 395 до 530 нм, большинство крупных поставщиков концентрируются на создании синих светодиодов (от 450 до 475 нм) для получения белого света с помощью люминофоров и зеленых светодиодов в диапазоне от 520 до 530 нм для светофор зеленый свет.Технология для этих светодиодов обычно считается зрелой. Повышение оптической эффективности замедлилось или прекратилось за последние несколько лет.

Светодиоды от желто-зеленого до красного: 565–645 нм

Фосфид алюминия, индия, галлия (AlInGaP) — это полупроводниковый материал, используемый для этого диапазона длин волн. Он преимущественно выполнен в желтом цвете светофора (590 нм) и красном сигнале светофора (625 нм). Лимонно-зеленый (или желтовато-зеленый 565 нм) и оранжевый (605 нм) также доступны в этой технологии, но имеют ограниченную доступность.

Интересно отметить, что ни технологии InGaN, ни AlInGaP не доступны в виде чисто зеленого (555 нм) излучателя. В этом чисто зеленом регионе действительно существуют более старые, менее эффективные технологии, но они не считаются эффективными или яркими. Это в значительной степени связано с отсутствием интереса / спроса со стороны рынка и, следовательно, с отсутствием финансирования для разработки альтернативных технологий материалов для этого диапазона длин волн.

От глубокого красного до ближнего инфракрасного (IRLED): от 660 до 900 нм

В этой области существует множество вариантов конструкции устройства, но все они используют форму материалов на основе арсенида алюминия и галлия (AlGaAs) или арсенида галлия (GaAs) .Применения включают инфракрасное дистанционное управление, освещение ночного видения, промышленное фотоуправление и различные медицинские приложения (на длине волны 660–680 нм).

Теория работы светодиодов

Светодиоды — это полупроводниковые диоды, которые излучают свет, когда электрический ток подается в прямом направлении к устройству — электрическое напряжение, которое достаточно велико для того, чтобы электроны могли перемещаться через область обеднения и объединяться с отверстие на другой стороне для создания пары электрон-дырка должно быть применено.Когда это происходит, электрон высвобождает свою энергию в виде света, и в результате получается излучаемый фотон.

Ширина запрещенной зоны полупроводника определяет длину волны излучаемого света. Более короткие длины волн равны большей энергии, и поэтому материалы с большей шириной запрещенной зоны излучают более короткие волны. Материалы с большей шириной запрещенной зоны также требуют более высоких напряжений для проводимости. Коротковолновые УФ-синие светодиоды имеют прямое напряжение 3,5 В, тогда как светодиоды ближнего ИК-диапазона имеют прямое напряжение от 1,5 до 2,0 В.

Доступность длины волны и соображения эффективности

Важнейший фактор, определяющий, является ли конкретная длина волны, имеющаяся в продаже, связана с рыночным потенциалом, спросом и длинами волн промышленного стандарта.Это особенно заметно в областях от 420 до 460 нм, от 480 до 520 нм и от 680 до 800 нм. Поскольку для этих диапазонов длин волн нет массовых приложений, нет крупных производителей, предлагающих светодиодную продукцию для этих диапазонов. Тем не менее, можно найти мелких или средних поставщиков, предлагающих продукты для этих конкретных длин волн на индивидуальной основе.


Рис. 1. Текущее значение находится по формуле I = (V cc — V F ) / R L .Чтобы быть абсолютно уверенным в протекании тока в цепи, необходимо измерить каждый светодиод V F и указать соответствующий нагрузочный резистор. В практических коммерческих приложениях V cc разработан, чтобы быть намного больше, чем V F , и поэтому небольшие изменения в V F не влияют на общий ток в значительной степени. Отрицательный момент этой схемы — большие потери мощности через R L .


У каждой технологии материалов есть точка в диапазоне длин волн, где она наиболее эффективна, и эта точка находится очень близко к середине каждого диапазона.По мере того, как уровень легирования полупроводника увеличивается или уменьшается от оптимального уровня, страдает эффективность. Вот почему синий светодиод имеет гораздо большую мощность, чем зеленый или ближний УФ, желтый — больше, чем желто-зеленый, а ближний ИК — лучше, чем 660 нм. Когда у вас есть выбор, гораздо лучше проектировать для центра диапазона, чем для краев. Также проще закупить изделия, которые не попадают в технологический край материала.

Подача тока и напряжения на светодиоды

Хотя светодиоды являются полупроводниками и для их работы требуется минимальное напряжение, они по-прежнему являются диодами и должны работать в токовом режиме.Есть два основных способа работы светодиодов в режиме постоянного тока: Самый простой и наиболее распространенный — использование токоограничивающего резистора. Недостатком этого метода является большое тепловыделение и тепловыделение резистора. Чтобы ток был стабильным при изменении температуры и от устройства к устройству, напряжение питания должно быть намного больше, чем прямое напряжение светодиода.

В приложениях, где диапазон рабочих температур узкий (менее 30 ° C) или выходная мощность светодиода не критична, можно использовать простую схему, использующую токоограничивающий резистор, как показано на рисунке 1.


Рисунок 2. Пример точной и стабильной схемы. Эту схему обычно называют источником постоянного тока. Обратите внимание, что ток питания определяется напряжением питания (V cc ) минус V в , деленное на R 1 , или (V CC — V в ) / R 1 .


Лучше управлять светодиодом с помощью источника постоянного тока (рис. 2). Эта схема будет обеспечивать одинаковый ток от устройства к устройству и при перепадах температуры.Он также имеет меньшую рассеиваемую мощность, чем простой токоограничивающий резистор.

Стандартные коммерческие драйверы светодиодов доступны из различных источников. Обычно они работают с использованием принципов широтно-импульсной модуляции для управления яркостью.

Импульсные светодиоды в сильноточном и / или высоковольтном режиме для массивов в последовательно-параллельной конфигурации создают уникальный набор проблем. Для начинающего разработчика непрактично проектировать импульсный привод с управлением по току, способный выдавать 5 А и 20 В.Есть несколько производителей специального оборудования для импульсных светодиодов.

Светодиоды в приложениях, видимых человеком

В приложениях, где светодиоды просматриваются напрямую или используются в качестве осветителей, точный цвет гораздо важнее, чем точный световой поток в люменах или канделах. Человеческий глаз относительно нечувствителен к изменениям интенсивности света, а мозг достаточно хорошо компенсирует происходящие изменения интенсивности. Например, глядя на светодиодный видеоэкран в здании, средний человек не заметит падения интенсивности на 20%, поскольку части экрана рассматриваются под углом от 10 ° до 20 ° от оси, по сравнению с частью, находящейся непосредственно на- оси, так как это постепенное изменение, приближающееся к краю поля зрения и не воспринимаемое.Напротив, если светодиоды в одном месте отличаются по длине волны на 10 нм от других участков, человеческий глаз легко заметит эту разницу в цвете и найдет ее отвлекающей.

Большинство белых светодиодов, которые используются сегодня, сделаны из синего светодиода, излучающего более длинноволновый видимый люминофор. Индекс цветопередачи (CRI) — это мера спектрального соответствия солнечному свету. 100 считается таким же, как солнечный свет, и большинство светодиодов, используемых в настоящее время для общего освещения, имеют индекс цветопередачи более 80.Улучшения CRI наряду с лучшей оптической эффективностью позиционируют белые светодиоды как наиболее желательный продукт для большинства приложений освещения.

Преимущества и применение светодиодов

Светодиоды для монохроматических применений имеют огромные преимущества по сравнению с лампами с фильтром — спектры длин волн определены лучше, чем то, что можно получить с помощью источника белого света и фильтра. Для общего освещения экономия энергии может легко в 100 раз превышать эксплуатационные расходы при использовании лампы накаливания с фильтром.Это приносит огромные дивиденды в таких приложениях, как архитектурное освещение и светофоры. Маломощные портативные светодиодные вывески для шоссе могут легко питаться от небольшой солнечной панели вместо большого генератора, что дает явное преимущество.

Светодиоды

более надежны, чем лазеры, обычно дешевле и могут работать с более дешевыми схемами. Европейский Союз теперь вместе с США классифицирует светодиоды как отдельную единицу. К счастью, светодиоды не несут той же проблемы безопасности глаз или предупреждений, что и лазеры и лазерные диоды.С другой стороны, светодиоды нельзя превратить в очень маленькие, сильно коллимированные и оптически плотные пятна. В приложениях, где требуется чрезвычайно высокая плотность мощности на небольшой площади, почти всегда требуется лазер.

Светодиоды сейчас используются в большом количестве разнообразных рынков и приложений (Таблица 1). Их высокая надежность, высокая эффективность и более низкая общая стоимость системы по сравнению с лазерами и лампами делают эти устройства очень доступными и привлекательными как для потребительского, так и для промышленного сегментов.Каждая отдельная светодиодная технология и / или цвет были разработаны для решения конкретных задач и требований.

Разница между цветовыми температурами светодиодов

Разница между цветовыми температурами светодиодов — одна из самых важных вещей, которую нужно знать при установке новых светильников для дома или бизнеса. одинаковая мощность и световой поток могут сильно отличаться в зависимости от цветовой температуры.И это различие может распространяться на биологический уровень, поскольку наш мозг настроен на глубокую реакцию на определенные цвета света. Если, например, в спальне установлены неправильные приспособления, это может не дать кому-то заснуть до поздней ночи, даже если он захочет спать. То же самое можно сказать и о художественном освещении, освещении шкафов или даже встраиваемом общем освещении.

Очевидно, что цветовая температура имеет большое значение.

Итак, что же такое цветовая температура?

Во-первых, определение цветовой температуры.Хотя за этим термином стоит долгая история, включая эксперименты физиков 18-го века, есть простой способ выразить его.

Представьте себе кусок черного металла, размер или форма не имеют значения. Чтобы упростить задачу, рассмотрим металлическую нить накала внутри лампочки. Когда эта черная нить нагревается, она светится, а по мере повышения температуры она начинает светиться красным, оранжевым, желтым, белым и, наконец, синим при очень высоких температурах. Когда профессионалы в области освещения говорят о цветовой температуре, они на самом деле имеют в виду цвет, который этот кусок черного металла светится при заданной температуре (измеряется в Кельвинах).

Вот краткий обзор того, где эти цветовые температуры попадают на шкалу:

  1. 1700K — тусклое свечение пламени спички
  2. 1900K — ровный свет свечи
  3. 2700K — теплые лампы накаливания
  4. 3000K — солнце на закате или восходе солнца
  5. 3500K — ярко-белый, настройка для большинства люминесцентных светильников
  6. 5500K — дневной свет в солнечный день
  7. 6500K — дневной свет в пасмурный день, также настройка для большинства компьютерных мониторов
  8. 7500K — самая холодная настройка для большинства люминесцентных ламп

Чем ниже цветовая температура, тем теплее будет свет или тем краснее он будет.Чем выше температура, тем холоднее будет свет или тем он будет казаться голубее.

В мире жилого и коммерческого освещения почти все светильники имеют температуру между 2000K и 6000K. Возможно, две наиболее распространенные цветовые температуры — 2700K и 3500K, поскольку в жилых помещениях преобладают теплые светильники. Но и у прикольных светильников есть свое предназначение, в первую очередь, в коммерческой и промышленной сферах. Причины этого носят эстетический и биологический характер.

Тепло или прохладно?

Нет особых разногласий по поводу того, какое приспособление и где следует использовать.Как правило, в большинстве жилых помещений предпочитают более теплые светильники, и большинство домовладельцев предпочитают их. В коммерческих и промышленных условиях холодильные устройства работают лучше, и рабочие, как правило, предпочитают их в этих условиях. Но почему теплые светильники лучше подходят для жилых помещений, а более прохладные — для коммерческих? Здесь биология играет важную роль.

В присутствии ярких белых и прохладных светильников организм выделяет серотонин, нейромедиатор, который обычно заставляет людей чувствовать себя более бдительными.Этот ответ объясняет, почему солнечный свет может заставить кого-то чувствовать себя более бодрым и активным, и почему трудно заснуть после того, как некоторое время смотрел в монитор компьютера. Когда эти синие или белые оттенки отсутствуют, организм выделяет мелатонин — гормон, который помогает настроить циркадный ритм (естественный ритм бодрствования и сна в организме) и способствует сонливости. Ночью и на закате синий и яркий белый свет отсутствуют, что приводит тело в сонное состояние.

Есть несколько очевидных применений цветовой температуры, которые могут быть получены из биологии.Лампы накаливания или теплые светодиодные лампы способствуют выделению мелатонина, в то время как флуоресцентные или более прохладные светодиодные лампы способствуют выделению серотонина.

Вот почему более теплые светильники предназначены для большинства жилых помещений, таких как спальня или гостиная. В таких условиях теплый свет помогает людям расслабиться и уснуть. Единственные места, где обычно предпочитают белый или более прохладный свет, — это кухня и ванная. Здесь люди ищут более высокий контраст и лучшую цветопередачу, которые предлагают нейтральные и классные светильники.Некоторые домовладельцы устанавливают прохладные светильники в своих спальнях, чтобы читать, так как прохладные светильники хорошо контрастируют с бумагой, используемой в книгах. Некоторые домовладельцы даже предпочитают более прохладные светодиодные светильники для общего освещения спальни, так как они помогают им просыпаться по утрам.

Теплые светильники по-прежнему предпочтительны в некоторых коммерческих помещениях, особенно в вестибюлях и приемных, а также для таких предприятий, как рестораны и отели. В общем, любому бизнесу, который хочет, чтобы его клиенты чувствовали себя комфортно, в некоторых местах потребуется теплая сантехника.

Однако охлаждающие устройства необходимы в любой обстановке, где требуются производительность и высокая контрастность. Самое большое применение холодных светодиодов — это офисные здания, где более синий свет может помочь повысить производительность труда.

Исследование 2016 года, опубликованное Американской академией медицины сна , подтверждает это. В этом исследовании исследователи подвергали испытуемых 30-минутному воздействию ярко-синего света, а затем предлагали им пройти когнитивное тестирование. Исследователи обнаружили, что те, кто подвергался воздействию синего света, быстрее реагировали и получали более высокие баллы по тестам на знания.Короче говоря, синий свет — это стимулятор мозгов. Эффект от него длится почти час после экспонирования, поэтому правильно подобранный светильник в офисном здании может повысить производительность во всех отношениях.

Синий и яркий белый свет почти всегда является стандартом в промышленных помещениях, таких как склады и производственные помещения. Отчасти это связано с тем, что работникам этих объектов необходимо постоянно сохранять бдительность. Другая причина заключается в том, что белый свет лучше всего создает контраст между цветами и передает цвет лучше, чем теплые светильники.Это не только из соображений продуктивности или эстетики. Это также может быть проблемой безопасности. Предупреждающие знаки и защитное снаряжение обычно окрашены в оранжевый цвет, а под теплыми светильниками их сложнее заметить. Благодаря ярким белым светильникам гораздо легче увидеть другого работника в оранжевом жилете безопасности или вывески, предупреждающей о находящихся поблизости рабочих бригадах.

Все зависит от выбора

В конце концов, последнее слово в выборе цветовой температуры остается за собственниками. Ответ будет разным, в зависимости от того, какое настроение должны вызывать светильники и для каких целей они предназначены.И нет необходимости просто выбирать одну цветовую температуру для всего объекта. В одной комнате можно установить теплые светильники, а в другом — холодные.

А с появлением новых технологий освещения, таких как светодиоды, энергоэффективные варианты доступны во всем спектре. Все, что нужно владельцу дома или бизнеса, — это план получения желаемой конфигурации, и опытная светотехническая фирма может помочь с этим.

Описание светодиодов и цветовой температуры — идеи и советы

Светодиодное освещение сегодня в моде.Он энергоэффективен, долговечен и доступен в широком спектре инновационных форм. Но самое главное для людей при покупке светодиодных ламп и ламп — это фактическое качество цвета света. Мы называем это «цветовой температурой».

Проще говоря, цветовая температура — это проявление света «теплом» или «прохладой».

Светодиодная матрица с теплой цветовой температурой.

Светодиодное освещение и цветовая температура

С технической точки зрения, цветовая температура — это температура «идеального излучателя черного тела, который излучает свет сопоставимого оттенка с этим источником света.”

Давайте попробуем это по-английски: представьте черный предмет. Очевидно, что при комнатной температуре объект будет черным. Однако при нагревании до 1500 градусов Кельвина (K) он светился красным. При температуре 2700K он приобретает теплый желтоватый оттенок.

При 4200K он выглядит ярко-белым, а на 5500K он светится голубоватым. Так определяются значения цветовой температуры.

Хватит гиков, просто помните, что число указывает на общий вид или ощущение от включенного света.

Вот памятка по цветовой температуре, которую можно использовать при покупке светодиодного освещения:

Эта диаграмма упрощает шкалу цветовой температуры.

Теплый белый (до 2900K) — этот температурный диапазон аналогичен стандартной лампе накаливания с точки зрения цветового тона и теплоты. Большинство людей находят этот диапазон комфортным, и светодиоды с такой цветовой температурой идеально подходят для семейных комнат, обеденных зон и спален.

Холодный белый (от 3000K до 4900K) — яркий и четкий тон, идеально подходящий для использования в рабочих зонах, домашних офисах, гаражах и подвалах.

Дневной свет (5000K и выше) — четкий, интенсивный свет с голубовато-белым оттенком. Этот тип света часто используется для наружного освещения, коммерческих или торговых помещений, освещения безопасности и т. Д.

Вы можете использовать приведенные выше диапазоны и описания цветов в качестве общего руководства при покупке нового светодиодного освещения. Имейте в виду, что многие светодиоды также могут переключаться между цветовыми температурами в зависимости от того, для какой задачи они вам нужны — идеальная черта как для настольных ламп, так и для комнатного освещения.

Другие идеи и советы по использованию лампочек

люмен: ключ к покупке запасных ламп

Идентификатор лампочки и руководство по поиску

Как работает светодиодная лампа

Как работает галогенная лампа

Как работает лампа накаливания

Как работает лампа CFL

Типы лампочек

Лампочки

Химия света и цвета

Знаете ли вы, что в 2019 году исполняется 150 лет Периодической таблице элементов? В 1869 году русский профессор химии Дмитрий Менделеев опубликовал свою версию таблицы Менделеева, которая получила широкое признание по двум причинам:

  1. Он оставил в таблице пробелы, где, казалось, поместился элемент, который еще не был обнаружен.Тенденции в известной периодической таблице позволили ему предсказать свойства этих недостающих элементов, таких как галлий (Ga).
  2. Он не упорядочивал свои элементы по их атомному весу, а вместо этого упорядочивал их по химическим семействам (группируя элементы со схожими свойствами).

Периодическая таблица элементов Менделеева, ок. 1871.

В исходной таблице Менделеева было всего 63 элемента; Продолжающиеся исследования и открытия привели к тому, что общее количество, показанное в сегодняшних периодических таблицах, обычно составляет 108-109 элементов.В ознаменование 150-летия Национальной лаборатории штата Айдахо Министерства энергетики США была создана интерактивная таблица Менделеева.

Внешний вид цвета

Свет (видимый и невидимый) — это электромагнитное явление, создаваемое солнечным излучением. Люди воспринимают цвет в результате взаимодействия света с палочками, колбочками и другими биологическими элементами нашей зрительной системы. Когда свет взаимодействует с объектом, физические свойства этого объекта (включая его химический состав) определяют, как он поглощает, отражает и / или излучает свет, влияя на то, как мы визуально воспринимаем объект.

Видимый свет содержит все цвета от фиолетового до красного. Объект приобретает свой цвет, когда электроны поглощают энергию света и становятся «возбужденными» (повышаются до состояния повышенной энергии). Возбужденные электроны поглощают световые волны определенной длины. То, что видят люди, — это дополнительный цвет поглощенных длин волн, то есть оставшихся длин волн света, которые не поглощаются. Например, если объект поглощает красные волны света, мы будем воспринимать его как зеленый (дополнительный цвет красного).

Соответствующие цвета поглощенных длин волн и дополнительный цвет (то, что мы видим). (Источник изображения: LibreTexts ™ Chemistry).

Цвет химикатов

Многие химические вещества и химические соединения кажутся бесцветными, так как они поглощают УФ или другие длины волн света, которые не являются частью видимого спектра. Химические вещества, которые кажутся окрашенными, поглощают длины волн видимого спектра; эти цветные химические вещества называются хромофорами.Воспринимаемый нами цвет, его яркость и интенсивность зависят от формы спектра поглощения вещества, который определяется химической структурой вещества.

Спектр поглощения химического соединения хлорофилла а (C55H72MgN4O5). Поскольку он поглощает в основном волны фиолетового / синего и оранжевого / красного цветов, хлорофилл а — вещество, необходимое для фотосинтеза растений, — кажется нашим глазам зеленым, придавая растениям зеленый оттенок.(Источник изображения: НАСА)

Химические эмиссионные свойства

Так же, как каждое вещество имеет свой собственный спектр поглощения, оно имеет и соответствующий спектр излучения, который является точным обратным. В то время как поглощение вызывается возбуждением электронов, которое перемещает их с более низкого энергетического уровня на более высокий, эмиссия вызывается тем, что электроны падают обратно в более низкое энергетическое состояние («релаксация»), которое высвобождает фотон — единицу электромагнитного излучения. радиация. Перемещаясь на различных длинах волн, выпущенные фотоны создают сигнатуру для каждого вещества, которую можно выразить в терминах видимого спектра, то есть в виде цветовой карты.

У ученых есть метод определения сигнатуры вещества для оценки его элементного состава. Когда излучаемый веществом свет проходит через призму, он дифрагирует на его отдельные частоты, создавая характерный узор из цветных линий, называемый спектром излучения атомов, который является уникальным для каждого элемента. Глядя на сигнатуру вещества (спектр атомной эмиссии), можно определить, какие элементы присутствуют.

Спектры атомной эмиссии водорода (H), неона (Ne) и железа (Fe) (Источник изображения: Mathematica.Stackexchange.com)

Люминесценция, также называемая излучением холодного тела, описывает излучение видимого света веществом из-за электронного возбуждения и высвобождения фотонов. Возбуждение чаще всего возникает в результате поглощения света, хотя другие стимулы, такие как химические реакции, физическое возбуждение или электрический ток, также могут приводить к испусканию фотонов. Некоторые вещества излучают видимый свет только после того, как на них воздействует свет, возбуждающий их атомы; другие, такие как фосфор (P), светятся в результате хемилюминесценции: химической реакции, которая происходит при контакте фосфора с кислородом (O).

Газообразные элементы могут излучать свет при нагревании или при приложении электрической энергии для возбуждения своих атомов. Последний метод возбуждения — это то, как создаются неоновые вывески (технически неправильное название, поскольку не все они содержат неоновый газ). Стеклянные трубки, содержащие разные газы, используются для создания различных цветов, например: гелий (He) светится розовым, неон (Ne) дает красно-оранжевый свет, аргон (Ar) — синий, криптон (Kr) — бледно-зеленый, и ксенон (Xe) светится бледно-голубым.

Многоцветная неоновая вывеска: изогнутые в форме стеклянные трубки, наполненные различными газами, к которым применяется электрический ток, возбуждающий электроны и создающий устойчивое свечение.

Химия светодиодов

Светодиоды

используют химические и электромагнитные свойства света и цвета. Светодиоды изготавливаются из полупроводниковых материалов — материалов, которые проводят электричество при определенных условиях. Элементы, находящиеся в центре периодической таблицы, обычно являются изоляторами, которые препятствуют прохождению электрического тока, но химический процесс, называемый «легирование» (смешивание с другими материалами), превращает их в полупроводники.

Например, кремний (Si) обычно является изолятором, но добавление нескольких атомов элемента сурьмы (Sb) увеличивает количество свободных электронов для создания полупроводника n-типа (отрицательного типа).Точно так же, если атомы бора (B) добавляются к кремнию, они эффективно забирают электроны из кремния, оставляя «дырки» там, где электроны должны быть. Этот тип кремния называется p-типом (положительным типом), потому что дырки несут положительный электрический заряд; дыры также могут перемещаться.

Обычно в светодиодных полупроводниках используются материалы на основе галлия (Ga), например нитрид галлия (GaN) или фосфид галлия (GaPO4). Цвет света, излучаемого светодиодом, определяется используемым материалом.Светодиоды состоят из двух слоев полупроводникового материала, которые легированы, чтобы создать слой n-типа и p-типа. При приложении электрического тока электроны в слое n-типа и электронные дырки в слое p-типа перемещаются в активный слой (или проводящий слой), расположенный между двумя полупроводниковыми слоями. Затем свободные электроны попадают в отверстия, высвобождая энергию в виде фотонов или видимого света.

Упрощенная схема светодиода.(Изображение любезно предоставлено www.ucsusa.org)

Разница в энергии между слоями n-типа и p-типа называется шириной запрещенной зоны. Размер запрещенной зоны определяет цвет светодиода. Чем больше ширина запрещенной зоны, тем короче длина волны излучения. Итак, для красного светодиода (красный имеет длинную волну) требуется только небольшая запрещенная зона. Для синих светодиодов необходима большая ширина запрещенной зоны.

Легче производить светодиоды с меньшей шириной запрещенной зоны, поэтому разработчикам потребовалось некоторое время, чтобы найти правильную химическую смесь материалов для создания большой ширины запрещенной зоны, необходимой для синих светодиодов.Голубые светодиоды были наконец созданы в 1990-х годах с использованием нитрида галлия (узнайте больше о синем свете и синих светодиодах). Эта веха позволила смешивать цвета для светодиодной электроники, такой как лампы и дисплеи, поскольку все три цвета светодиодов (красный, зеленый и синий) необходимы для получения ряда цветов, включая белый свет.

Инфографика, показывающая химический состав светодиодных ламп разного цвета. Просмотреть изображение в полном размере. (Источник изображения: Сложный процент)

Измерение яркости и цвета светодиодов

Radiant Vision Systems разрабатывает интегрированные решения как для НИОКР, так и для измерения на производственной линии интенсивности, освещенности, яркости и цветности различных источников освещения, включая светодиоды, светодиодные матрицы и модули отображения, светодиодные световые ленты и многое другое.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.