Технические характеристики и параметры светодиодов: полное руководство

Технические характеристики и параметры светодиодов: полное руководство

Сам светодиод представляет собой кристалл с простым устройством. В структуре элемента выделяют несколько составляющих:

• линза ;
• силиконовый слой;
• полупроводниковый кристалл;
• металлическая основа (из меди или алюминия);
• анод (+) и катод (-);
• защитный корпус.

В качестве полупроводника могут применяться разные неорганические материалы: арсенид галлия, селенид цинка, нитрид бора, карбид кремния и пр. Для каждого цвета используется определенный материал.

Для получения белого свечения необходимо сочетание 3 основных цветов (кристаллы должны гореть на полную мощность): красного, синего и зеленого, – или люминофор. Последним покрывают сам кристалл, в результате чего он дает белое свечение. Сочетанием трех цветов (красный – Red, зелёный – Green, синий – Blue) можно получить любой цвет – для этого меняют яркость свечения каждого кристалла в отдельности. По такому принципу работают RGB-светодиоды .

Основные характеристики светодиодов:

• Сила тока на кристалле. От нее зависит стабильность работы светодиодной ламы. При сильных скачках тока диод может перегореть. Чтобы это предотвратить, мощные светодиоды дополняют драйверами . Обычно каждый кристалл в диоде рассчитан на 0,02 А. Соответственно, светодиод с одним кристаллом работает с током 0,02 А, с 2 – 0,04 А и т. д.
• Напряжение. Важное значение имеет падение напряжения – его указывают на упаковке. Это значение соответствует величине напряжения на выходе после прохождения тока по LED-элементу. Напряжение зависит от типа диодов: у синих, фиолетовых, зеленых и белых – 2,2-4 В, у желтых, оранжевых и красных – 1,6-2,2 В, ультрафиолетовых – 3,1-4,4 В.
• Сопротивление. Меняется в зависимости от величины напряжения – чем оно выше, тем ниже сопротивление.
• Светоотдача и угол свечения. Величина светового потока определяется типом кристалла. Например, кристалл 5 мм имеет светоотдачу 5 Лм. Угол рассеивания светового потока составляет 20-120°.
• Цветовая температура. Определяет цвет свечения светодиодов, варьируется в пределах 1800-7500 К.
• Размер кристалла. Измеряется в Мил (mil), 1 mil = 0,0254 мм. Диоды, рассчитанные на 1-2 В, имеют размеры 30 или 45 Мил, более мощные (10-100 В) – 24х24, 24х44, 44х44 Мил.

Источник: https://stroika-i-remont.info/novosti/tehnicheskie-harakteristiki-i-parametry-svetodiodov-svetovaya-otdacha-koefficient-poleznogo

Связанные вопросы и ответы:

Что такое светодиод и как он работает

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый p-n-переход (электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа – положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале р-типа приобретают дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах p- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны инжектируются в материал р-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал р-типа. Это называется прямым смещением.

Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал р-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.

Пучок видимого света, испускаемого светодиодом, является холодным, но так как в светодиодах имеются потери, то на p-n-переходе генерируется тепло, иногда достаточно большое. Ограничение температуры p-n-перехода с помощью правильно сконструированного теплоотвода и других методов контроля температуры является критичным для обеспечения нормальной работы светодиода, оптимизации его светового потока и повышения срока службы.

Какие ключевые технические характеристики светодиодов важны при выборе

Перед тем, как рассматривать особенности существующих конструкций, следует ознакомиться с основными характеристиками приборов:

1. Светоотдача, или эффективность (Лм/Вт). Является отношением светового потока к используемой мощности. Эта величина высчитывается перед тем, как определить применимость диодов для различных осветительных систем. Модели 2020 года обладают показателями 120-140 Лм/Вт, то есть в несколько раз больше, чем у ламп накаливания.
2. Цветовая температура (Кельвины). Применяется в следующих диапазонах:

• 2500-3000 К – тёплый белый свет (WW);
• 4000-5000 К – нейтральный белый свет (NW);
• 6500-95000 К – холодный белый свет (CW).

Обратите внимание! Нейтральный свет диодов считается оптимальным для офисной работы, так как подсвечиваемые предметы имеют наибольшую чёткость.

Также выделяют цветные (синий, красный, жёлтый, зелёный) и RGB световые диоды.

3. Мощность светодиода (Вт, мА). Необходима для выбора подходящего источника питания. Диоды бывают:

• малой мощности – менее 0,5 Вт (20-60 мА);
• средней мощности – от 0,5 до 3 Вт (100-700 мА);
• большой мощности – более чем 3 ватта (от 1000 мА).

Обратите внимание! Чтобы продлить срок службы блока питания, его необходимо выбирать с запасом в 15-20%, превышающим реальную мощность светодиода.

4. Угол свечения (градусы). Обычно составляет 120-140^о, для индикаторных – 15-45^о.

5. Ресурс, или деградация (часы). Определяет длительность эксплуатации. На ресурс влияют:

• токовая деградация, когда через световые диоды пропускается избыточная сила тока;
• температурная деградация, возникающая при некачественном отводе электронной энергии.

Обратите внимание! Чтобы лучшие светодиоды прослужили заявленное количество часов, температура в точке пайки должна быть не более 65^оС.

Что такое цветовая температура светодиода и почему она важна

|

Цветовая температура — это важные характеристики светодиодных ламп, которые определяют их внешний вид и восприятие. Параметр измеряется в кельвинах (K) и указывает на оттенок, который излучает лампа.

Что такое цветовая температура?

Цветовая температура — это характеристика источника света, которая определяет его оттенок. Она измеряется в кельвинах и может варьироваться от 2700K до 6000K и выше. Чем выше показатель, тем более холодный и голубоватый оттенок имеет свечение.

Цветовая температура 2700K соответствует тёплому белому свету, который похож на излучение от лампы накаливания. Он создаёт уютную и расслабляющую атмосферу.

4000K соответствует нейтральному белому свету. Он более яркий и подходит для освещения рабочих мест и жилых помещений.

6000K и выше соответствует холодному белому. Используется в офисах, магазинах и других общественных местах, где требуется яркая и равномерная подсветка.

3000K

Это тёплый белый свет, который создаёт уютную и расслабляющую атмосферу. Идеально подходит для жилых помещений, спален и гостиных, где желательно создать интимную обстановку, способствующую отдыху и комфорту. Рекомендуем — настенный диммируемый светильник Ledronс беспроводной зарядкой для смартфона.

4000K

Нейтральный белый приближается к естественному дневному и создаёт более энергичную обстановку. Такой параметр часто используется в офисах и рабочих местах, где требуется поддерживать концентрацию и продуктивность. Пример: встраиваемые светильники Ledron.

4500K

Холодное излучение имеет высокую температуру и обеспечивает яркую, острую подсветку. Он уместен для общественных мест, магазинов и офисов, где важно сохранить достаточный уровень освещённости и видимости. Рекомендуем приобрести трехфазную трековую системусо сменными лампами.

5600K

Этот параметр соответствует холодному голубоватому свету, который обеспечивает точное воспроизведение цветов. Он часто используется в фотостудиях и других местах, где важно добиться реалистичной цветопередачи для точной работы с изображениями.

6000K

Ещё один вариант холодного света, который обеспечивает яркое и острые освещение. Подходит для общественных мест, магазинов и офисов, где цель — обеспечить хорошую видимость и чёткость изображений.

Температура света и восприятие цвета

Стоит отметить, что цветовая температура также влияетна восприятие цвета предметов. При холодном свете цвета кажутся более яркими инасыщенными, в то время как при тёплом они выглядят более мягкими иприглушёнными. Это следует учитывать при выборе освещения для конкретныхпомещений и задач.

Как измеряется мощность и яркость светодиода, и как они взаимосвязаны

В настоящее время на рынке присутствует большое количество светодиодов. Они различаются по форме, параметрам, габаритам и даже светодиоды в одном и том же корпусе, могут сильно отличаться по своим характеристикам.

В заявленных характеристиках светодиодов, часто можно встретить надпись : «Угол раскрытия луча и Угол половинной яркости».

1) Угол раскрытия луча — это телесный угол, в границах которого расположен световой поток.

2) Угол половинной яркости — это угол, при котором яркость источника света уменьшается в два раза.

Например в светодиоде OSRAM Golden Dragon — Угол раскрытия луча = 170 гр.

Основное назначяение светодиодов с подобным углом — это освещение помещений, витрин, тоннелей, салона авто, холодильных камер и т.д..Свет у таких типов светодиодов по максимуму заполняет всё пространство. Поэтому практически отсутствуют теневые (слепые зоны). В помещениях с такими зонами не комфортно работать. Из недостатков, может быть небольшая сила светового потока. Но в помещении это не так важно, как равномерное освещение всего пространства.

В светодиоде Samsung LH351B — Угол раскрытия луча = 120 гр.

Светодиоды с углом в 120 градусов на сегодняшний день очень популярны и на рынке их представлено большое разнообразие, так как они являются универсальными. Их устанавливают как в светильники помещений, уличные светильники, так и в фары автомобиля.Светодиоды с более меньшим углом, уже устанавливаются где нужен точечный и далеко светящий луч.

Так же набирают популярность оптические элементы (Линзы), с помощью которых, можно усилить световой поток, или добиться необходимых форм и угла источника света.

Световой поток измеряется в люменах, а сила света измеряется в люменах на стерадиан и названа канделой. Отношения между световым потоком, силой света и углом луча означают, что акцентом учета светодиода в более плотных лучах при уменьшающемся угле луча, увеличит силу света (то есть яркость) без увеличения светового потока. Поэтому при покупке светодиода для освещения – светодиод с 1000 милликандел и 45° углом обзора, даст столько же света, сколько и светодиод в 10000 милликандел с 12° углом обзора. Кроме того, нужно учитывать, что светодиод достаточно яркий, но эта яркость узконаправленная.

Яркость светодиодов принято измерять в милликанделах – 1 мкд = 0.001 канделы. Обычные светодиоды имеют яркость в диапозоне 20 – 50 мкд., а сверхяркие светодиоды могут достигать 20000 мкд и выше.

Основные физические величины фотометрии:

Для правильного выбора оборудования освещения необходимо учитывать следующие основополагающие характеристики:

• телесный угол источника
• световой поток источника
• Телесный угол

Является безразмерной величиной. Он представлен конусом, который образован частью пространства, исходящим из центра сферы. В его вершине расположен источник, испускающий свет.Наиболее характерно использование телесного угла для выбора различных конструкций светодиодных ламп.

Световой поток источника

Это количество энергии, которую излучает светильник в пространство телесного угла за определённое время. Единицей измерения является люмен.
Необходимо четко разделять мощность излучения, измеряемую в ваттах и световой поток.

Первая характеристика является чисто техническим параметром энергии источника, а вторая (поток) — учитывает особенности восприятия его значения организмом человека.
Свет представляет собой поток электромагнитных волн различной частоты. Человеческое зрение воспринимает их спектр не одинаково. Лучшей восприимчивостью обладает светло желтый фон на границе с зеленым.
С помощью этого критерия, измеряемого в люксах, оценивают степень освещения поверхности от попадающего на нее светового потока.

Расположение поверхности под прямым углом обеспечивает наилучшее освещение, а под косым — изменяется в зависимости от ее наклона. При удалении от источника освещение снижается обратно пропорционально квадрату расстояния.

Таким образом, при расчете проектов по освещению, необходимо учитывать, что различные типы источников света, потребляя одинаковую мощность, способны по-разному создавать поток и освещать рабочую поверхность.

Что такое светоотдача светодиода и как она определяется

В радиометрии лучистый поток источника света - это его излучаемая оптическая энергия в единицу времени. Однако эта величина не учитывает чувствительность человеческого глаза. Для этого имеется фотометрическая величина величина светового потока, указанная в единицах яркости (lm = cd sr), которая учитывает фотопическую реакцию человеческого глаза. Это спектральный отклик для достаточно высоких интенсивностей освещения, при которых цветовое зрение работает хорошо. Световой поток источника света показывает, насколько он способствует освещению помещения.

Полезные статьи:

Световой поток часто встречается как спецификация источников света, которые используются для целей освещения – например, ламп накаливания, люминесцентных ламп и ламп на основе светодиодов. Это полезная мера того, насколько источник света может способствовать освещению помещения.

Например, лампочка "Ильича" мощностью 60 Вт может генерировать световой поток 900 лм, что соответствует светоотдаче 15 лм / Вт. Светодиоды могут создавать тот же световой поток при потреблении электроэнергии значительно ниже 10 Вт, поскольку они имеют гораздо более высокую светоотдачу.) Для большой гостиной требуется несколько тысяч люмен, что соответствует нескольким из этих ламп.

Хотя лампа накаливания превращает большую часть потребляемой электроэнергии в тепловое излучение, большая часть этого излучения находится в инфракрасной области спектра, где функция яркости равна нулю, т. е. этот свет бесполезен для освещения и не влияет на световой поток.

Измерение светового потока

Если выходной сигнал источника света хорошо направлен, например, в форме лазерного луча, можно просто измерить световой поток с помощью оптического измерителя мощности. Однако этот метод не будет работать с источником света, который излучает в широком диапазоне направлений, например, со светодиодом. В таких случаях может потребоваться использовать интегрирующую сферу, которая равномерно распределяет свет и обеспечивает освещенность фотоприемника, пропорциональную входящему световому потоку и в значительной степени независимую от его пространственных свойств.

Каковы основные электрические параметры светодиодов, такие как напряжение и ток

Свет состоит из мельчайших частиц, известных как «фотоны». Когда эти фотоны излучаются, они имеют определенную траекторию. Угол, который образует эта траектория, называется «угол луча». Механизм образования фотонов различается в разных источниках света. Следовательно, угол луча разных огней также различается.

Углы луча делятся на несколько категорий. Они варьируются от очень узких до очень широких. Огни с более широкими углами луча рассеиваются широко. Напротив, более узкие лучи имеют меньшее распространение. Кроме того, угол луча также влияет на интенсивность света, поскольку он зависит от общего рассеивания. Свет, который распространяется больше, будет менее интенсивным, чем тот, который имеет более узкое распространение.

Количество света, необходимого для освещения помещения, зависит от его площади и предпочтительного источника света. Он выражается ви описывает интенсивность света. Дело в том, что для большего размера потребуется больше люменов, чем для более узкого. Следовательно, источник света должен иметь угол луча, который распространяется узко, чтобы осветить все пространство.

В следующих таблицах показано распространение света в зависимости от угла луча на основе NEMA. Национальная ассоциация производителей электрооборудования, или NEMA, является одной из самых авторитетных ассоциаций компаний-производителей электрооборудования. И классификация угла луча по NEMA широко используется в промышленности.

Большинство известных производителей осветительных приборов предоставляют информацию об угле луча своей продукции. Вы можете проверить его и сравнить с предоставленной таблицей, чтобы узнать, какой у него будет спред.

В чем измеряется угол света светодиода и как он влияет на освещение

Специалисты видят стремительный рост развитие светодиодной рекламы. Прогнозируется, что доля LED-рекламы вырастет в разы. Сколько прослужат кристаллы – это определяет экономическую целесообразность преехода на этот тип подсветки.Попробуем разобраться сколько в среднем проживет светодиод. Если проследить сколько горит обычная лампа накаливания или газоразрядная трубка, то тут все просто. Их срок службы считается с момента, когда установили и до того момента, когда они сгорели. В служит лампочка накаливания около 1 000 часов. Газоразрядная лампа – 5000 часов. Сколько же проработает светодиод не так просто определить. К примеру если его включить и ждать, когда он потухнет, то можно ждать не один десяток лет. Теоретически, LED-кристалл – это вечный источник излучения видимого спектра. Это не совсем так. Это связано с тем что, светодиод со временем тускнеет. Связано это с тем, что в его кристалле содержатся вредные примеси, от которых невозможно полностью избавиться на этапе производства. Как раз на ресурс и влияют примеси, которые со временем изменяют структуру кристалла, и часть энергии из за этого преобразуется в тепло, а не в свет. И он начинает тускнеть. Поэтому, периодом работы светодиода обозначают то время, в течение которого он не потускнеет более чем на 30% от своего первоначального светоизлучения.

Какой же средний срок службы у светодиодов?

По тестам средний срок службы 5мм SMD составляет:

• светодиод белого цвета прослужит до 50000 ч. с падением светового потока до 35% в течение первых 15000 ч.
• светодиод синего и зеленого цвета – до 70000 ч. с падением светового потока до 15% в течение первых 25000 ч.
• светодиод красного и желтого цвета – до 90000 ч.

Производители светодиодов анонсируют гарантийный срок службы до 100 000 часов работы. Заявляемый срок службы любого светодиода является больше статистической характеристикой. Этот показатель сильно зависит от условий его эксплуатации, а также от критериев оценки надежности. Нельзя забывать, что на эффективность использования светодиодных лент влияние оказывает соблюдение правил проектирования подстветки и монтаж. Электроконструкция и технология изготовления светодиодов оказывают определяющее воздействие на ресурс работы и надёжность. Безупречная конструкция обеспечивает отвод тепла от кристалла, что продлевает время эксплуатации. Статистикой доказано, что на уменьшение светового потока влияет ряд факторов, таких как: температура окружающей среды, правильная вентиляция, влажности воздуха и других параметров. Светодиод не является «вечным двигателем», его ресурс ограничен, но при правильной эксплуатации и соблюдения всех требований правил монтажа светодиодных систем, он может быть в несколько раз больше.

Судите сами, при среднем сроке службы светодиода в 50 000 часов это составит:

• 24 часа в день - 5.7 лет
• 18 часов в день -7.4 лет
• 12 часов в день -11.4 лет
• 8 часов в день -17.1 лет

Нужно помнить, что у белых светодиодов срок службы меньше чем у цветных. Структур, излучающих белый свет, никто еще не придумал. Основой LED белого света свечения является структура InGaN, излучающая на длине волны 470nm (синий цвет) и нанесенный сверху на нее люминофор, излучающий в широком диапазоне видимого спектра и имеющий максимум в его желтой части. Глаз человека комбинацию такого рода воспринимает как белый цвет.
Люминофор ухудшает тепловые характеристики светодиода, поэтому срок службы сокращается.
Практика же показывает, что срок службы светодиодных лент может достигать до 70 000 часов при соблюдении правильных требований по их эксплуатации.
Наиболее важным являются:

1. Температура.
2. Механическое воздействие.
3. Потребляемая мощность.
4. Свет.
5. Влажность.
6. Химические вещества, например (воздух с высоким содержанием диоксида серы).