Спектр излучения белых светодиодов

Светодиоды

Светодиóд или полупроводниковый светоизлучающий диод (англ. — LED, Light-emitting diode) — полупроводниковое устройство, излучающее свет при прохождении через него электрического тока. Испускаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра, его цвет зависит от используемого типа полупроводника.

Обозначение светодиода в электрических схемах

Как и любой другой полупроводниковый диод, светодиод имеет p-n переход и как диод, пропускает ток только в одном направлении. Если к светодиоду в прямом направлении приложить напряжение, превышающее величину запрещенной зоны, через p-n переход потечет ток. Носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют в области p-n перехода с излучением квантов излучения.

Светодиоды диаметром 5 мм

Для того, чтобы полупроводниковый диод излучал свет, необходимо сочетание полупроводниковых материалов, в которых с одной стороны, величина энергетического барьера сравнима с энергией фотонов излучения, с другой стороны, применяемый полупроводник должен быть прямозонным, то есть таким, в котором разрешены прямые переходы между зонами без промежуточных энергетических уровней. Например, материалы галлия, индия с легированием мышьяком и фосфором (GaAs, GaN или InP), перечень используемых полупроводниковых материалов более подробно описан в статье материалы для производства светодиодов. Подбирая состав полупроводника, можно изготовить светодиод для различных длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.

Светодиод с пластиковой оболочкой

Кроме способности излучать свет, материал полупроводникового чипа должен обладать другими не менее важными характеристиками, например малой толщиной активной зоны и прозрачностью в диапазоне спектра излучения, материал подложки и слой полупроводникового материала должен обладать хорошей отражающей способностью и высокой теплопроводностью. Только сочетание этих сторон позволяют получить светодиоды с высокой эффективностью и значительным сроком службы. Немаловажной частью полупроводникового прибора является его корпус. Корпус светодиода должен обеспечивать механическую прочность, выдерживать большие перепады температуры, сохранять оптические характеристики, обеспечивать необходимую фокусировку излучаемого света.

Спектр излучения светодиода

Спектр излучения красного, зелёного, синего и белого (люминофорного) светодиода

Преимущества использования светодиодов

В сравнении с другими электрическими источниками света, светодиодные излучатели имеют следующие отличия:

  • Высокая эффективность.
  • Узкий спектр излучения. Для передачи данных и индикации это — хорошо, для освещения — плохо.
  • Малая инерционность.
  • Малый угол излучения.
  • Высокая механическая прочность, стойкость к вибрации.
  • Длительный срок службы.
  • Безопасность — низкое напряжение питания.
  • Ограниченный температурный диапазон, хорошая работа при низких температурах.
  • Отсутствие в составе токсичных веществ.
  • Низкая стоимость.

Применение светодиодов

  • В освещении, промышленном, уличном, бытовом.
  • В качестве приборных индикаторов, в виде одиночных светодиодов, групп светодиодов, шкал, так и в виде цифрового или цифро-буквенного индикатора (например, цифровые часы)
  • Матрицы светодиодов используются в больших электронных табло, в бегущих строках. В таких табло каждый элемент (пиксел) изображения может состоять из одного или нескольких светодиодов. Такие группы светодиодов часто называют кластерами светодиодов, светодиодными кластерами, или просто кластерами.
  • В оптопарах, системах светодид — фотодиод, используемых для гальванической развязки электронных цепей.

Светодиодный фонарь для освещения

Светодиодный в светофор

Светодиоды в фараx автомобиля

  • Мощные светодиоды используются в светофорах, фонарях, фарах
  • В светодиодных дорожных знаках
  • Светодиоды используются в системах передачи данных по оптоволокну, в пультах ДУ
  • В подсветке ЖК экранов мобильных телефонов, мониторов, телевизоров
  • В бытовых приборах.

История создания светодиода

Первое известное упоминание об излучении света твёрдотельным диодом датируется 1907 годом, в опытах британского исследователя Генри Раунда в лабораториях Маркони.

В 1961 году американские физики Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments запатентовали структуру полупроводникового инфракрасного светодиода.

Первый светодиод, выпускаемый в промышленных масштабах и работающий в красном световом диапазоне, изготовил в 1962 году также американец Ник Холоньяк в компании General Electric. До 1968 года светодиоды были очень дороги (до $200 за экземпляр) и имели узкое применение, когда компании Монсанто и Хьюллет-Паккард начали использовать светодиоды в бытовых приборах, калькуляторах. В 1972 году ученик Ника Холоньяка Джордж Крафорд изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и повысил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз. В 1976 году, Т.Пирсол разработал первый в мире высокоэффективный светодиод для передачи данных по оптическим линиям связи.

Вклад Российской науки в светодиодную технологию

В 1923 году, советский ученый Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории изучал возникновение свечения в области p-n-перехода.

Олег Владимирович Лосев

О.В. Лосев правильно оценил практическую ценность своего открытия, позволявшего создать источники света с низким напряжением питания, небольших размеров, твёрдотельные (безвакуумные) и с очень высоким быстродействием. Лосев получил два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) и формально закрепил за Россией приоритет в области технологии светодиодов, который был затем утрачен в 1960-гг. в связи с работами Роберта Байарда, Гари Питтмана и Ника Холоньяка, которые создали практически применимые светодиодные излучатели.

Как получают белые светодиоды?

Именно этот принцип — смешение цветов — используется при получении белого свечения светодиодов. На сегодняшний день, разработаны несколько методик получения светодиодного свечения белого цвета. Рассмотрим их подробнее.

1-ый способ схож с работой люминесцентных ламп и состоит в нанесении на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне, люминофоров трёх цветов – зеленого, красного и голубого.

2-ой способ также подразумевает применение люминофора, только в этом случае смешивается свечение голубого светодиода с излучением зелёного и красного, либо жёлто-зелёного люминофора. Данный метод часто является наиболее экономически оправданным.

3-ий способ получения белого LED излучения состоит в смешивании излучения монохромных кристаллов разных цветов. Обычно в этой методике используются три светодиода – красный (Red), зелёный (Green) и голубой (Blue), отсюда и название – RGB-светодиоды. Разноцветные кристаллы устанавливаются на одной матрице, а для смешения светового излучения используется какая-либо оптическая система (например, линза). В результате получается белый свет. Такой же принцип используется в телевидении при передаче цветного сигнала.

Каждая из вышеперечисленных технологий имеет свои достоинства и недостатки. RGB-технология позволяет не только получать белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме, управляя этим процессом вручную или с помощью программы. Таким же образом можно получать различные цветовые температуры белого света. Поэтому RGB-матрицы с успехом используются в светодинамических приборах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света.

Недостатком технологии RGB является ограниченный волновой диапазон излучения, из-за чего белый свет часто получается бледным, может иметь сероватый оттенок и зачастую неестественно взаимодействует с освещаемыми предметами. Этот недостаток можно преодолеть, добавляя к традиционной RGB-матрице эмиттеры других цветов: Amber, Liam, Cyan, Ginger и т. д. Таким образом можно значительно расширить спектр не только цветного, но и белого цвета.

Ещё один недостаток RGB-технологии состоит в том, что из-за неравномерного отвода тепла с краёв матрицы и из её середины светодиоды нагреваются неодинаково, а значит, их цвет будет по-разному меняться в процессе старения. Процесс усугубляется различиями в скорости деградации кристаллов разного цвета. Поэтому цветовая температура и цвет могут «плавать» в течение всего срока эксплуатации.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем RGB-светодиоды. К тому же они имеют однозначно заданный в процессе производства оттенок белого света от более теплой области 2800 K, до холодной синевато-белой области 9000 К. Поэтому обычно белые люминофорные светодиоды обеспечивают лучшую цветопередачу.

Конечно, и эта технология имеет ряд существенных недостатков.

  • Прежде всего, к ним относится снижение световой отдачи светодиодов из-за преобразования света в люминофоре.
  • Есть определённые технологические сложности и в плане равномерности нанесения слоя люминофора на кристалл, что приводит к неравномерному распределению света.
  • Ещё один значимый минус заключается в том, что светодиод значительно долговечнее люминофора, а это, в свою очередь, снижает потенциальный рабочий ресурс источника света.

Светодиоды, изготовленные по разной технологии, применяются в разных осветительных приборах. RGB-светодиоды незаменимы для цветной заливки сцены, создания динамических цветовых эффектов, архитектурной и интерьерной подсветки. Светодиоды с люминофорным слоем обеспечивают необходимую яркость и интенсивность белого света и идеально подходят для светильников с заранее заданной цветовой температурой. Производители выпускают как «тёплые», так и «холодные» светодиоды, которые можно смешивать в произвольной пропорции, достигая лучших результатов.

Читайте другие выпуски светодиодного ликбеза:

ИТАК, ФОНАРИ.

Светодиодных фонарей сейчас море: — на вкус и цвет, опции и прибамбасы, яркости света и крутизну… — выбирай, не хочу! Найти оптимальный вариант стало, несколько затруднительно, но и интересно. А потому, дабы не превращать небольшую статью в пухлый том, были выбраны несколько фонарей с изюминкой, интересные и преспективные. И которые мне, как автору, лично показались.

1) Аккумуляторный налобный фонарь PETZL NAO с технологией адаптивного освещения REACTIVE LIGHTING

Фонарь с технологией REACTIVE LIGHTING имеет встроенный датчик, который самостоятельно определяет уровень внешнего освещения, что позволяет автоматически адаптировать яркость светодиодов и форму луча под любые условия.
— адаптивное освещение
— руки полностью свободны
— увеличивает время работы, благодаря оптимальному использованию заряда аккумулятора
Два режима освещения:
— режим REACTIVE LIGHTING
— непрерывное освещение
Бесплатное программное обеспечение Petzl позволяет создавать несколько профилей освещения и настраивать производительность в зависимости от предполагаемой активности:
— Настройка яркости и дальности освещения и времени работы фонаря, в зависимости от условий использования.
— Создавать до 4 профилей, в зависимости от вида активности.
— До 5 режимов яркости в каждом профиле.
— Создание собственных профилей освещения.
Литий-ионный аккумулятор:
— хорошо работает при температурах – 30…+50С.
— простая зарядка через разъем USB (совместимо со всеми зарядными устройствами USB: мобильный телефон, плеер, компьютер, автомобильные зарядные устройства, солнечная батарея и т.д.)
— индикатор заряда аккумулятора
— при необходимости, аккумулятор можно заменить на две литиевые или алкалиновые батарейки типа АААLR03.
Выключатель можно заблокировать во избежание случайного включения во время транспортировки и хранения.
— Вес: 187 г.
— Световой поток: от 7 до 355 люмен.
— Дальность освещения: до 108 м.
— Форма луча: широкий иили сфокусированный.
— Литий-ионный аккумулятор емкостью 2300 мАч. Выдерживает не менее 300 циклов перезарядки.

Читайте также  Цифровой контроллер для светового шнура "дюралайт"

Характеристики:

Впечатления:

Удалось протестировать фонарь NAO с адаптивным освещением. Все настройки освещения были исходные, от производителя, но мне их более чем хватило для полноты ощущений. Имеются два режима работы: АДАПТИВНЫЙ (REACTIVE LIGHTING) и НЕПРЕРЫВНЫЙ, когда оба светодиода – фонарь и прожектор работают в унисон. Каждый из режимов подразделяется еще на два: максимальный и экономный.
Включив, сперва НЕПРЕРЫВНЫЙ, пришлось слегка зажмуриться – стало «светло как днем». Мощный и плотный поток света заливал асфальт перед велосипедом, отсвечивал от стволов берез метров за 50, все колдобины и ямки были как на ладони. Ветки кустов отбрасывали резкие тени на снег. Катить можно было без проблем и с удовольствием.
Затем, само собой, пришел черед АДАПТИВНОГО. И хотя, за много лет приходилось пробывать немало светодиодных фонарей, впечатление оказалось сильным. Фонарь NAO быстро и без менжеваний регулировал яркость и переключал режимы. То левый светодиод широким и ярким лучом освещал дорогу перед велосипедом, то сам, резко снизив яркость, помогал рассмотреть показания велокомпъютера, без вредных отблесков и рефлексов в линзах очков. А когда я поднимал голову, то мгновенно подключался правый – прожектор и тогда становилось очетливо видно, что там в дали: куда поворачивает дорожка, не помешает ли пенек, неудачно проживающий на перекрестке дорог и прочие полезные детали родной природы.

РОЛИК REACTIVE LIGHTING: http://www.youtube.com/watch?v=WsVq1H2N8DE&feature=player_embedded

2) DUOBELT LED 14. Водонепроницаемый налобный фонарь гибридного типа: галогеновая лампа и 14 светодиодов с тремя уровнями освещения и выносным блоком питания.

— Крепкий, прочный фонарь: жесткая конструкция, водонепроницаемость до -5 м.
— Выносной блок питания снижает вес, приходящийся на голову, до 140 г.
— Блок питания можно носить под одеждой для защиты батарей от холода.
— Фонарь работает от батарей большой емкости (C/LR14).
— Галогеновая лампа дает мощный сфокусированный регулируемый луч света (до 100 м).
— 14 белых светодиодов обеспечивают равномерный широкий луч света в течение длительного времени (до 183 ч).
— Светодиоды имеют три уровня освещения: максимальный, оптимальный и экономичный.
— Светодиоды поддерживают постоянный уровень освещения до полной разрядки батарей.
— Автоматическое переключение в режим резервной мощности, когда батареи почти разряжены.
— Блокировка от случайного включения.
— Корпус фонаря можно наклонять для регулировки угла освещения.
— Комфортный регулируемый эластичный головной ремень с верхней макушечной стропой.
— В корпусе фонаря есть специальная ниша для запасной галогеновой лампы.

Время работы и дальность освещения 14 белых светодиодов:

Ликбез — спектры популярных источников света

Спектры разных ламп, собрал в одном месте + наша звезда

Просто и на пальцах, цвет предмета, что мы наблюдаем под разными лампами, может меняться.

По факту цвет предмета, который мы видим — это то, что лучше всего отражает данный предмет.

Если данного цвета нет в спектре источника света (который на него светит) то, его цвет исказится — например, будет черным или более темным или уйдет в другой (ближайший) оттенок.

Если кратко, чем ровнее спектр — тем «естественнее» будет выглядить цвет предмета (как на солнце)

наше солнце, маскимально ровный, небольшой завал на стороне фиолетового

всеми любимая лампочка накаливания (галогенная лампа)

основная яркость в теплых цветах, т.е. оранжевые шторы будут ярче синих, но спетр ровный (все цвета будут видны нормально просто с разной яркостью), такой же спектр имеет свеча, керосиновая лампа и пр.

люминисцентная лампа (дневная лампа), компактная люминисцентная лампа (КЛЛ «энергосберегайка» в народе), которые так любили выкидывать в мусоропровод и радовать парами ртути дворников и первые этажы XDD

Данный тип ламп имеют самый рваный спектр, и поверьте — это из дорогих (пяти полосные, а в магазинах часто были трех полосные)

холодный спектр > 4000k

светодиоды (белые), на самом деле синие + желтый люминофор

холодные, завал в фиолетовой и голубой зоне

теплые, завал в фиолетовой, синей и голубой зоне

металогалогенные лампы (МГЛ) HID, спектр пусть и с пиками, но более ровный чем у диодов. Данные лампы являются правоприемником натривых ламп высокого давления. Используются в подсветке магазинов, складов. Взаимозаменяемые (без доработки) с днат той же мощности.

(c) «теплый ламповый свет свечи» — натриевая лампа высокого давления (используются в уличном освещении, освещение складов, цвет — оранжевый. Как искажаются цвета под ними, можете увидеть на улице ночью и задать себе вопрос — зеленая была машина или голубая.

есть еще светодиоды «солнечного спектра», согласно тестам на lamptest вглядят неплохо, но низкий КПД и проблемы в голубой области присутствуют (теплая/холодная слева на право), думаю будет плавный переход на данный тип кристаллов.

Найдены возможные дубликаты

может и так, но лампы без синего мы проходили — накаливания называются, нравятся далеко не всем из-за цветовой температуры. А так да, если совсем отказаться от синего — ну тогда натрием освещать квартиру, в нежные оранжевые тона)))

я тоже на 4000k перешел, раньше мгл 942 были, хотя от них свет нравился больше, подумываю о возвращении )

Вот тут пример хороший

хорошая статья прочитал, вывод какой? перехожим на натрий и желтые/зеленые диоды?

в этих комментариях обсуждается яркость

По факту в этих диодах ничего интересного, нет фиолетового и глубокого-красного, чуть подтянули голубой.

Пока вернулся на МГЛ со всеми их плюсами и минусами.

Всё же, для глаз какой спектр благотворней?

И как его создать.

По мне — галоген на постоянном токе.

Вольтова дуга неплоха, но сложна в поддержании.

Неоновый свет интересен.

А так же, различные горящие газы.

Если вы имеете ввиду цветовую температуру, то лучше 4000-4500k (нейтральный белый). Недоступен для ламп накаливания (кроме фото ламп, со сроком службы менее

честно говоря, мне интересна характеристика освещения, как комфортность для зрения.

непрерывность спектра имеет к этому косвенное отношение.

наподобие как аудиофилы слушают различные источники звука разными излучателями и отмечают какой звучит приятней.

так и здесь, должна образоваться своя линейка.

за приятный свет стоит пожертвовать и часами работы лампы и её потреблением.

лично мне не нравится свет ламп с люминофором и светодиодных.

лампы накаливания неплохи, галогеновые лучше.

У меня жена просила тёплый свет свечи, я ей торшер с днат собрал на 70вт XDD. Блоки эпра от мгл остались, когда на диоды переходили. Раньше были в люстре мгл http://ixbt.photo/?id=photo:1022113

Обратите внимание на мгл 942, но там нужен электронный баласт. Лампа + система запуска 3000р, мощность 70вт — 7000 люмен = 550 Вт лампам накаливания. Или новые светодиоды, но там мощность маленькая их много надо. Все зависит от задач.

Яркий свет — мгл / качественные светодиоды. Ну или 1 киловатт обогреватель в люстру (галогенки).

Нет понятия «благотворнее», просто под лампами накаливания — вы видите все оттенки, как и на солнце, но тёплые — более ярко. Светодиоды, тоже неплохо но есть проблемы в голубом спектре.

мне кажется про синий цвет сильно преувеличены, в спектре солнца его достаточно да и у взрослого человека он не так сильно проходит через глаз (как и уф). Я думаю что производители хотят двигать олед панели, а дешевые синие светодиоды им мешают.

(картинка солнечного спектра)

Интересная статья, но у светодиодов с фиолетовым кристаллом — тоже синий пик, да больше голубого — если мы конечно по нему измеряем яркость. А за статью спасибо

ну с лампы тоже энергия выше у синего, поэтому он и выбран в качестве цвета для засветки люминофрма, а не красный. У дневных ламп (клл), вообще пик в УФ зоне был.

Делал на телефоне, понимая что данная статья нужна, пусть не очень красиво, но все основное в одном посте, скрины с разных источников, поэтому и не единый стиль.

Читайте также  Как рассчитать падение напряжения на конденсаторе?

Ecola corn 27w premium, кукурузы убийцы

После обзора аккумуляторная лампа Gauss 8w или неразорвавшийся боеприпас, я думал что я нашёл дно светодиодостроителей, но нет предела совершенству.

Встречаем нового претендента в номинации «самая опасная лампа года», творение китайско-российского сумрачного гения — кукурузу на 27Вт от компании Ecola, с гордой надписью Premium, стоимостью

600р. Рекламный слоган: 0% коэффициент пульсации 🙂

Я не буду говорить про спектр, про то, что не рекомендуется использовать открытые светодиоды (это сравни голой МГЛ из-за плотности светового потока), не расскажу про мультитени — а они ужасные под ней. Судя по внешнему виду, вы эту лампу купите в туалет/ванную, но будьте осторожны.

Фактические характеристики: 25,5Вт, PF (cosf)

0,55 — и это при мощности 27Вт, именно низкий PF и лёгкий вес, заставил меня подумать о нехорошем. PF, при такой мощности, должен быть 0,9

Ох не зря, производитель предупреждает про электроизолирующие перчатки и детей.

На контактах напряжение всего 15,6В, но низкий PF не даёт покоя, разбираем лампу. Лампа разбирается легко, внутри нет радиатора — так что заявленные 30000часов видимо 0 лишний, при мощности 27Вт ей не отработать.

Достаём светодиодный драйвер

Мои опасения подтвердились в полном объёме, в лампе используется неизолированный драйвер с дросселем. На что только не пойдёшь, ради снижения себестоимости! Для подтверждения моих слов, замкнём тестером один контакт на корпусе лампы с землёй, на приборе более 100В. Далее напрямую замыкаем данную пайку на землю — срабатывает УЗО.

Лампа изготовлена в 2019 году.

Это относится и к любителям открывать лампочки, для вентиляции. В 96% ламп — используется именно такой драйвер, и если неповезет можно неудачно выкрутить/вкрутить лампочку в правильно заземленный светильник 🙂

В продолжение поста про диммируемые светодиодные лампы

В исходном посте была описана проблема с диммируемыми светодиодными лампами «Uniel Яркая Диммируемая» 220 вольт. Фото лампы в исходном посте. Лампы на тот момент были единственными диммируемыми с цоколем GU5.3 в зеленом магазине. Цена так же была минимальна по сравнению с другими продавцами. Лампы использовались с недорогим семисторным диммером. Как результат были постоянные выходы из строя ламп и недостаточная степень регулировки яркости.

Из комментариев полезной информации извлечь не удалось.

Сделано было две не связанные друг с другом вещи:

1. Использован дорогой диммер с отсечкой по заднему фронту

2. Лампа запитана постоянным током после выпрямителя.

Расскажу по порядку.

1. На Али куплен относительно дорогой диммер с отсечкой по заднему фронту «trailing edge». Схема внутри весьма сложна, деталей десятки. Фото нет, извините. Включение производится плавно — это видно по нарастению яркости галогенок. Ключевой элемент, вероятно, полевой транзистор. Галогенки диммируются нормально, но потеряли в максимальной яркости. Плавное включение привело к тому, что светодиодные лампы включаются не сразу и не одновременно. Проходит порядка 1 секунды пока одна за одной лампы включатся. Минимальная яркость стала меньше, чем с симистроным диммером, но не сильно, думаю где-то 30-40%. Выходов из строя ламп не было. Диммер поставлен в штатное место эксплуатации.

2. Собрана вот такая схема

Использован дешевый семисторный диммер с отсечкой по переднему фронту.

— яркость регулируется практически от 0

— лампа из строя не выходит

— треска, мерцаний, задержек включения не замечено

Полагаю, что такую схему можно использовать с этой моделью ламп и получить весьма качественный результат. Изменение яркости почти не отличается от того, что мы имеем с галогенками при штатном включении.

На фото лампа светится не сильно, где-то 10%. Напряжение на лампе порядка 10 вольт. Диоды Д226Б. Конденсатор электролитический которому много много лет. Там может и не 150+30мкф. Полагаю, что детали можно сильно варьировать. С конденсатором 10мкф результаты плохие: мерцание, треск, практически отсутствие регулирования яркости. Полагаю, что тут нужно 100мкф и выше. Резистор 1.5кОм защищает диодный мост от скачка тока при включении, можно заменить на близкий по номиналу, мощность рассчитать в зависимости от мощности лампы. У меня — то что попалось под руку. 2вт греется. Максимальный ток лампы 25мА.

Предполагаю, что в лампах выходили из строя диодные мосты из-за пиков тока заряда конденсатора в схеме лампы при открытии симистора на каждой полуволне.

Осцилографа нет, так что что там с формами как снаружи так и внутри сземы лампы посмотреть не могу.

Что дальше. в моем случае доступа к фазе и нулю нет. Вероятно буду пробовать вытянуть провода от ламп через посадочные места ламп в натяжном потолке и если это выйдет запихну туда же на потолок по подобной схеме на каждую группу ламп.

Все еще надеюсь на помощь сообщества с поиском даташита на микросхему ШИМ контроллера лампы.

И да, тестеру много много лет. И он мне все равно нравится.

Что там со спектром светодиодов?

  • Цена: 33 руб за 10шт, сейчас дороже — от 46 руб за 1 шт.
  • Перейти в магазин

На мой взгляд для освещения подходят.

А как для растений? Думаю тут не все просто… По интернету бродят всякие картинки с «предпочтениями растений» и я нашел на Wiki (Фотосинтетически активная радиация).

Получается, что растения больше «любят» область 400-550 нм, а у диода в середине этой области провал, да и у 400 нм кривая в ноль уходит. Во второй «растительной» области 600-700 нм диод светит неплохо.

Выводы:
Для освещения подходят. Для растений не очень… можно наверно корректировать синим светодиодом, но чем в районе 400 нм не знаю. Да и вообще по растениям не специалист.
Буду ждать светодиоды с «полным спектром». Посмотрим, что там…

  • 24 ноября 2016, 14:35
  • автор: Jury_78
  • просмотры: 19012

  • Vadim2S
  • 24 ноября 2016, 14:37

  • AnnaSun
  • 24 ноября 2016, 14:42

  • I_R_O
  • 24 ноября 2016, 14:52

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 14:52

  • DenOFF
  • 24 ноября 2016, 14:45

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 14:54

  • sweetest
  • 24 ноября 2016, 14:46

  • OkeaH
  • 24 ноября 2016, 14:59

Петро — многозначное имя собственное; может выступать в виде личных имён и фамилий. Петро, Жоан (род. 1986) — французский профессиональный баскетболист гваделупского происхождения.

петро…
(гр. petra скала, утес, камень) первая составная часть сложных слов, обозначающая: относящийся к камню, к горным породам, напр.: петроглифы.

  • Sheusktor
  • 24 ноября 2016, 14:57

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 15:01

  • OkeaH
  • 24 ноября 2016, 15:06

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 15:10

  • romih1981
  • 24 ноября 2016, 15:13

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 15:19

  • brn
  • 25 ноября 2016, 15:10

  • NickRoss
  • 24 ноября 2016, 16:52

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 16:59

Ну, в лампочках давно не ртуть, а… сплав ртути.

  • NickRoss
  • 24 ноября 2016, 17:07

  • Jury_78
  • 24 ноября 2016, 17:15

  • NickRoss
  • 24 ноября 2016, 17:21

амальгама во время работы лампы выделяет оптимальное количество ртути (0,076 мг в ЛЛ мощностью 40 Вт), а в выключенном состоянии практически полностью поглощает ее из объема лампы. Утилизация АЛЛ также представляется более надежной ввиду того, что ртуть не «разбросана» в лампе, а находится в амальгаме. Кроме всего прочего, амальгамный метод введения ртути в ЛЛ оказывается практически незаменимым в случае ламп, работающих в условиях повышенных термических или электрических нагрузок (например, в закрытых светильниках). В данном случае использование вместо чистой ртути высокотемпературных амальгам (на основе Cd и In) позволяет обеспечить оптимальное давление паров ртути в лампе (РHg = 0,8 ÷ 1,0 Па) и, следовательно, максимальный световой поток (при использовании ртути в свободном состоянии он снижается на 20-30%). При работе ЛЛ в открытых светильниках используют низкотемпературные амальгамы (на основе свинца (Pb), олова (Sn) и висмута (Bi)). Лампы с такими амальгамами имеют одинаковые с ртутными ЛЛ зависимостями светового потока от температуры окружающей среды.

Пост о светодиодах №2 или о спектрах и видности.

Как-то я уже писал разоблачительный пост про светодиоды. А тем временем, прогресс не стоит на месте и, к примеру, Cree уже свободно продает светодиоды, для которых заявлена эффективность 200 лм/Вт. Разумеется, как всегда умалчивается, что эта величина была получена на заниженном относительно номинального токе и при комнатной температуре кристалла, чего не бывает в реально работающем светильнике. Но тем не менее, цифра получена и на первый взгляд, эта цифра тянет на нобелевскую премию за изобретение вечного двигателя. А светодиодная индустрия не собирается на этом останавливаться и обещает и 300, и больше люмен на ватт.

Давайте в этом разбираться. Для начала нужно понять – что собственно за единица такая – люмен. В люменах измеряется световой поток – то есть вся сумма света, которая прошла через какую-то поверхность. И притом сумма света, как его видит глаз, то есть с учетом его чувствительности к свету с разными длинами волн. Зная величину этой чувствительности, мы можем перейти от световой единицы – люмена – к энергетической единице – ватту.

Читайте также  Как рассчитать мощность инфракрасного обогревателя на помещение?

На рис. 1 приведена так называемая «кривая видности» – зависимость относительной чувствительности глаза от длины волны света. Кривая эта имеет максимум на длине волны 555 нм – это зеленый свет. И просто по определению люмена как единицы, принимается, что 1 Вт потока излучения с этой длиной волны соответствует 683 люменам. Если переместиться по спектру в красную или синюю стороны, чувствительность глаза упадет и поток излучения в 1 Вт будет соответствовать меньшему световому потоку. Например, при длине волны 650 нм это будет всего-навсего 90 лм/Вт. Данная величина обозначается буквой Km и называется фотометрическим эквивалентом. Иначе его можно назвать световой эффективностью излучения.

Рис. 1. Кривая видности для дневного (красная) и ночного зрения (взято из Wikipedia)

Все это касается дневного зрения. У ночного зрения и кривая видности другая (изображена синим цветом), и величина максимальной чувствительности значительно больше. Но осветительные приборы как раз и созданы, чтобы не использовать ночное зрение, не так ли? Поэтому дальше мы будем рассматривать только дневное зрение.

Если мы возьмем абсолютно-черное тело и нагреем его до температуры 6500K, мы получим белый свет, аналогичный свету нашего Солнца, разве что без фраунгоферовых линий поглощения. Как определить величину фотометрического эквивалента этого света? Иначе говоря, как определить, сколько люмен нам даст лампочка, к примеру, в сто ватт с таким абсолютно-черным телом (идеально теплоизолированным) вместо спирали? Для этого надо перемножить две кривые – спектр излучения и кривую видности, а затем полученную функцию проинтегрировать. И для спектра нашей гипотетической лампочки получается величина фотометрического эквивалента 95 лм/Вт (рис.2). Это значительно меньше, чем у монохроматического зеленого света. Дело в том, что значительная часть излучаемой энергии вообще невидима – находится в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Очевидно, что если мы вовсе уберем эту часть излучения, то для глаза ничего не изменится. А фотометрический эквивалент увеличится. Если мы примем за границы видимого спектра 400 и 700 нм, то получим эффективность 250 лм/Вт. Если мы и дальше будем сужать спектр, то световая эффективность будет расти, но свет перестанет быть белым и начнет приобретать все более явственный зеленый оттенок.

Рис. 2. Зависимость фотометрического эквивалента излучения абсолютно-черного тела от его температуры (взято из Wikipedia).

Здесь надо напомнить, что глаз – плохой спектрометр. Несмотря на то, что он способен различать миллионы оттенков, его легко обмануть. Так, источники света, имеющие с точки зрения глаза абсолютно одинаковый цвет, могут иметь совершенно разные спектры. Это явление называется метамерией. И в данном случае зеленый оттенок легко убрать, «провалив» спектр в зеленой его части. В результате мы получаем. характерный для светодиодов спектр (рис.3).

В пределе мы можем смешать две монохроматические спектральные линии, соответствующие дополнительным цветам, например, 574 и 482 нм в пропорции 3:1, и получить белый свет с фотометрическим эквивалентом аж больше 500 лм/Вт. Но этот белый свет будет обладать забавным свойством. Поскольку в его спектре совсем нет ни зеленого, ни красного света, то в этом свете невозможно различить красные и зеленые предметы – все они будут иметь какие-то неопределенные желто-зеленые или серые оттенки. Так что источник такого света можно назвать «дальтонической лампой».

Все это имеет прямое отношение к эффективности источников освещения, в том числе светодиодов, эффективность которых можно определить, зная их КПД и фотометрический эквивалент их излучения, простым перемножением.. Как мы уже увидели, не изменив энергетической эффективности, то есть КПД преобразования электричества в свет, можно увеличить световую эффективность в несколько раз. Разумеется, в ущерб цветопередаче. В реальных источниках света до состояния «дальтонической лампы» обычно не доходят (исключая натриевые лампы низкого давления, в свете которых мир предстает в черно-белом, вернее, черно-желтом облике).

а)
б)

Рис.3. Спектры светодиодов Cree семейства CXA (а) и MK-R (б) с различной коррелированной цветовой температурой (взято из справочных листков Cree).

Вернемся все-таки к эффективности светодиодов, а не абстрактных монохроматических источников, черных тел с ограниченным спектром и «дальтонических ламп».

Интересно было бы сравнить не хватающие звезд с небес по заявленной световой эффективности, но относительно хорошие спектру светодиодные матрицы семейства CXA и светодиоды MK-R, для которых фирма Cree заявляет те самые знаменитые 200 лм/Вт. Несмотря на громкие заявления, реальная разница между этими светодиодами не такая уж большая. В номинальном режиме (700 мА) самый эффективный светодиод из серии MK-R (холодно-белый с индексом цветопередачи 65) выдает до 128 лм/Вт при температуре кристалла 85°С (а при неосуществимой в непрерывном режиме температуре 25°С она достигала бы 150 лм/Вт), а эффективность более подходящей для освещения жилых помещений модификации естественно-белой цветности (4000 К) с индексом цветопередачи не менее 80 – лишь около 100 лм/Вт. Такие же (даже чуть больше – до 105 лм/Вт) цифры дают и матрицы CXA на номинальном токе. По всей видимости, за рекордные цифры боролись только для «холодных» кристаллов, каковых нет среди матриц семейства CXA, ориентированных на освещение жилых помещений. Но и там, по всей видимости, рекорды делались на токах в пару десятков процентов от номинала и в импульсном режиме – во избежание разогрева.

А теперь было бы интересно прикинуть, чего реально можно достигнуть в будущем в светодиодном освещении.

КПД кристалла, излучающего синий свет, и использующегося в светодиодах Cree XT-E и MK-R (тех самых флагманов, что претендуют на преодоление планки 200 лм/Вт) достигает 53% в рекламно- облегченном (25% максимального тока и 25 °С ) и 42-47% в номинальном режиме. Эта цифра достигнута уже довольно давно и особо повышаться не собирается. И этому есть объяснение. Внутренний квантовый выход нитрид-галлиевого светодиода уже достаточно давно вплотную приблизился к 100%. Поэтому потери энергии в нем складываются из омических потерь в полупроводнике и на омических контактах к нему, и потерь света. Поглощением света в объеме полупроводника можно пренебречь – он практически полностью прозрачен. Все излучение, что родилось внутри – рано или поздно выйдет наружу (возможно, несколько раз отразившись от граней) – кроме того, что попадет на контакты. По ряду причин, связанных с физикой полупроводников, они почти совершенно черные изнутри. Для уменьшения потерь света нужно сделать контакты минимальной площади. Но чем меньше площадь контактов, тем больше омические потери. Для их уменьшения они должны иметь как раз максимальную площадь. Оптимальная площадь и конфигурация электродов находится достаточно просто, и никаких многолетних изысканий для этого не требуется. Так что и тут давно найден свой оптимум . Так что примем за максимум эти 53%.

Теперь люминофор. В свете светодиода с ЦТ 4000К доля люминофора в излучении достигает 75%, а теоретический КПД люминофора составляет 77% (неизбежные потери – это разница между энергией кванта возбуждающего света и света люминесценции. Итоговый «люминофорный» КПД – 83%. Для более «теплого» света, да еще с улучшенной цветопередачей, «люминофорный» КПД падает вплоть до 50%. Реальный КПД люминофора еще ниже.

Таким образом, итоговый КПД белого светодиода с ЦТ 4000К не может превышать 44%

Теперь нужно определить фотометрический эквивалент . Взяв за основу кривую с рис. 3а и сняв пару десятков точек на глаз, и перемножив с табличными значениями видностей, мы получаем K m = 362 лм/Вт. КПД 4 4 % соответствует 1 60 лм/Вт. Выше прыгнуть при всем желании не получится. С «синюшным» спектром аналогичный расчет таки дает 210 лм/Вт теоретически достижимых. Так что в принципе, нобелевская премия за вечный двигатель подождет .

Напомню, что эффективность реальных светодиодов с таким спектром составляет 100-105 лм/Вт . Теперь можно определить их КПД – он равен 27,5-29%. Так что в свет превращается меньше трети электроэнергии, остальные 70% идут в тепло. Если предполагать, что соотношение реальной эффективности и теоретически рассчитанной, верно и для случая «холодно-белых» MK-R, то при 210 лм/Вт теоретических получается 131 лм/Вт практических. Реальное значение 128 лм/Вт – очень близко к нашему расчету:).

Выводы из написанного такие:

1. КПД реальных светодиодов если и вырастет в будущем, то на несколько процентов

2. Существенное увеличение их заявленной световой эффективности может быть достигнуто как маркетинговыми уловками (что наблюдается и сейчас), так и ухудшением спектра с точки зрения цветопередачи.

3. Эффективность самых лучших светодиодов, приемлемых для освещения жилых помещений по спектру (4000 К и ниже) и цветопередаче (CRI 80), по прежнему осталась на уровне хороших (и недорогих) люминесцентных ламп либо незначительно их превышает.