Інженерні системи

Світлодіодне освітлення

Світлодіодне освітлення
Стандартний світлодіод є освітлювальним напівпровідниковим приладом, який перетворює електричну напругу в світло. Діапазон одержуваного світла залежить від хімічного складу напівпровідника в діоді. Такий вид освітлення використовується в найрізноманітніших галузях життя людини.

Що таке світлодіод? На вулицях часто ми бачимо ваблять вивіски і підсвічені білборди, які працюють завдяки цій системі. Світлодіоди є в нашому телефоні або планшеті, вони дозволяють загорятися цифровому табло в автобусі або тролейбусі.

Світлодіодне освітлення стало невід'ємною частиною нашого життя. Звичайний діод складається з напівпровідникового кристала з оптичною системою , яка передбачає наявність контактного виходу. Конструкція абсолютно проста, але її винахід викликало свого часу справжній фурор.

Як працює світлодіод?


Світловипромінюючі діоди перетворюють надходить в них електричний струм в світлове випромінювання. І цей процес не супроводжується інтенсивним виділенням теплової енергії, відповідно ККД світлодіода досить високий. Освітлювальні прилади, засновані на принципах роботи світлодіодного освітлення дуже довговічні. Світлодіоди є низьковольтними приладами. Наприклад, для освітлення досить від пари сотень мА до одного мА при напрузі в два-чотири вольта. Принцип роботи світлодіода грунтується на наявності постійно підключеною електроенергії. Чому світиться під впливом струму і як працює світлодіод?

Все просто, світлодіод складається з особливого напівпровідникового кристала, розташованого на підкладці, яка проводить струм. Підкладка має контактні виходи і оптичну систему. Основа в светодиоде зазвичай алюмінієва, вона необхідно для відводу тепла. Коли надходить електричний струм, то яскраве світіння виникає завдяки особливій процесу рекомбінації електронів в напівпровіднику. Електричний струм за рахунок цього принципу відразу утворюється світлове випромінювання.

Світлодіодне освітлення - історія відкриття


Світлодіодне освітлення з'явилося вперше в далекому 1907 році, коли англієць Генрі Раунд випадково виявив дивне світіння навколо точкового контакту детектора. Тоді він не надав особливого значення своєму відкриттю, яке набагато пізніше стало воістину монументальним. У той далекий час ще було не зрозуміло, як працює світлодіод. І першовідкривачем явища електролюмінесценції вважається О.В. Лосєв, наш співвітчизник. Саме він в 1923 році займався активним вивченням явища випромінювальної рекомбінації. Лосєв помітив світіння карбіду кремнію під впливом електричного струму. Пізніше це світіння отримало ім'я вченого. Таким чином, весь світ і дізнався про феномен електролюмінесценції напівпровідників. З настанням Другої світової війни про розробки світлодіодів на час забули.

Після Другої світової війни в Сполучених Штатах Америки був створений спеціальний центр, в якому проектувалися і розроблялися напівпровідникові лампи, які працювали на основі «ефекту Лосєва». У 1955 році Р. Браунштейн заявив про відкриття інфрачервоного випромінювання арсеніду галію в поєднанні з напівпровідниковими сплавами. У 1961 році була запатентована технологія виготовлення інфрачервоних світлодіодів. Рік 1962 був ознаменований створенням світлодіодів випромінюючих зелений і червоний колір, відбулася подія в університеті Іллінойсу в США під керівництвом Ніка Холоньяка.

У 70-х роках минулого століття світлодіодне освітлення стало активно просуватися в маси. Лауреат Ленінської премії фізик Жорес Алфьоров створив багатопрохідні подвійні геотекстур, в 1978 році компанія IBM розробила світлодіоди з фіолетовим і блакитним світінням для волокон оптичних телекомунікацій. У 1991 році на світ з'явилися сині світлодіоди під керівництвом доктора Накамура. Це світлодіодне освітлення представляло собою трехкрісталльние світлодіоди з об'єднаними в корпусі кристалами червоного, зеленого і синього світіння. Компанія доктора Накамури досі є беззмінним лідером в сфері виробництва світлодіодів по всьому світу, і вона не збирається поступатися своїми позиціями, розробляючи нові високотехнологічні освітлювальні прилади.

Види і типи світлодіодів


В основному види і типи світлодіодів поділяються за кольоротипом і характеристикам потужності. Якщо говорити про потужність, то вона у діодів буває абсолютно різною. Можна зустріти вироби потужністю всього кілька міліват, а є і справжні гіганти, які мають десятками ватів. До речі, найпотужніший діод випускається фірмою CREE, і він має рівень робочого струму в три ампера, хоча корпус його розміром всього п'ять на п'ять міліметрів. Такі діоди застосовуються в промисловості або в вуличному освітленні, забезпечуючи сильну і стабільну яскравість.

Зараз частіше все використовуються стандартні світлодіоди з струмом в 350 мА і з током в 700 мА, так як вони досить універсальні і для них можна підібрати максимально велику кількість джерел живлення. Це поширені типи світлодіодів, які використовуються в повсюдної життєдіяльності людини.


Типи світлодіодів в залежності від кольору випромінювання


Світлодіоди бувають різних кольорів. Спочатку були створені діоди білого кольору, але потім з розвитком високих технологій з'явилися діоди жовтого, червоного, синього, оранжевого, зеленого і фіолетових квітів. Є діоди і інфрачервоні, але випромінювання в них не видно простому оку. Вони застосовуються для підсвічування камер або в пультах управління.

Характеристики світлодіодів


Які характеристики світлодіодів виділяють їх із звичайного освітлення? Вважається, що світлодіодне освітлення більш вигідно з економічної точки зору, ніж стандартні лампи розжарювання або люмінесцентні лампи. Чи так це насправді? Розглянемо основні плюси і мінуси застосування світлодіодного освітлення на простих прикладах:

Світлодіоди практичні. На відміну від простих ламп розжарювання вони дуже економічно використовують електричну енергію. Вони набагато вигідніше газорозрядних, накальних, стандартних дугових ламп. Так наприклад їх активно використовують в сигнальних лампах для секційних воріт і шлагбаумів;
Термін служби світлодіодних ламп при правильній експлуатації і відході досить довгий. Він приблизно в п'ятдесят разів вище в порівнянні з терміном служби звичайних ламп розжарювання. І це один з основоположних плюсів подібної техніки;
Міняти спектральні характеристики в лампах розжарювання можна із застосуванням світлофільтрів. А в світлодіодному освітленні це не потрібно;
Світлодіоди можу змінювати кути випромінювання за допомогою спеціальних лінз, а ось люмінесцентні лампи і лампи розжарювання таким ефектом не володіють;
У світлодіодів немає інерційності при включенні і включення, вони безпечні у використанні, мають невеликі і компактні розміри, в них немає шкідливих сполук ртуті, як в газорозрядних лампах.
Як бачите, корисних якостей досить багато. І вони дозволяють активно користуватися діодами, як в промисловості, так і в побуті.

Світлодіоди: основні мінуси застосування


Якщо говорити про основні недоліки, то вони полягають у високих вимогах до основного якості теплового відводу. Газорозрядні, люмінесцентні лампи можуть працювати при низьких температурах, а світлодіодні нижче 50 градусів вже не функціонують.

Існує думка, що світіння від світлодіодів певної потужності і спектру негативно впливає на органи зору і може викликати втому очей, і навіть ушкодження сітківки, але ніяких офіційних і повних досліджень з цього приводу не проводилося!

Такі освітлювальні прилади світять виключно направлено. Тому при висвітленні житла, або залізничних колій застосовується особлива технологія підбору ламп і вирівнювання освітлення, що саме по собі справа досить витратна. Крім цього для стабільної роботи світлодіодів треба застосовувати дорогі джерела живлення. Наприклад, імпульсні.

Де застосовуються світлодіоди?


Світлодіодне освітлення використовується в багатьох сферах людського життя. Зокрема, для освітлення вулиць, рекламних білбордах, в ландшафтному дизайні, дизайні квартир, для ЖК екранів цифрових камер, смартфонів, телефонів. За останнє десятиліття область практичного застосування світлодіодної техніки тільки розширилася. Її можна побачити в автомобільній, медичної, залізничної галузі.

Розрізняються лише види світлодіодів по потужності, індексу передачі кольору, світлового потоку, надійності. Вони не тільки не поступаються таким джерел світла, як лампи розжарювання, але і в ряді випадків істотно перевершують їх за технічними характеристиками.

Варто прочитати

Обговорення теми: Світлодіодне освітлення

Ваш коментар: