Электрический свет можно назвать одним из важнейших достижений человеческой цивилизации. Его использование невозможно без эффективных источников. Развитие науки совместно с технологиями привело к появлению кристаллических световых приборов. Электронные источники света с этими кристаллами удобной для использования конструкции получили наименование «светодиоды». Сегодня такие световые излучатели широко применяются, им отдают предпочтение из-за их экономичности, яркости и прочих достоинств. О том, какие бывают светодиоды, и о некоторых аспектах светодиодной тематики будет изложено в нашей статье.
Немного истории
В зависимости от своих физических свойств по отношению к электричеству все твердые вещества разделяют на несколько групп:
- проводники;
- изоляторы (диэлектрики);
- полупроводники.
Полупроводниками являются кремний, который в природе распространен очень широко, и еще ряд химических элементов, которые называются редкоземельными. Их название говорит само за себя – эти элементы встречаются намного реже кремния. К ним относятся:
- германий;
- индий;
- бор;
- теллур;
- галлий.
Как показали эксперименты, некоторые из упомянутых элементов в виде химических соединений способны излучать свет определенного цвета. Этот эффект был открыт еще в 1907 году. Но по ряду причин, основной из которых была дороговизна производства и, как результат, высокая цена светодиодов, они применялись весьма ограниченно. Даже спустя много лет в конце 60-х цена одного светодиода равнялась двумстам долларам США. К тому же монохромный свет, который излучали разные виды светодиодов, позволял найти им применение только в качестве индикаторов.
Начало масштабного применения в светотехнике
До начала 70-х годов существовало множество всевозможных разновидностей светодиодов. Но они могли обеспечить свечение только определенных цветов:
- красное;
- желтое;
- зеленое.
Их широко использовали в различной аппаратуре в качестве экономичных источники света, гораздо более эффективных, чем альтернативные миниатюрные лампочки накаливания. Но самое важное применение нашли инфракрасным светодиодным излучателям. Они дали толчок развитию оптоволоконных технологий передачи данных. Однако прорыв на рынке светодиодных излучателей произошел в начале 70-х. Был получен полупроводниковый кристалл, способный излучать синий свет.
Стало возможным создание кристаллических RGB-триад. Как известно, это сочетание цветов в зависимости от яркости каждого из них позволяет получить любой из существующих оттенков многомиллионной цветовой гаммы. Но самое главное – можно получить свет любого из оттенков белого. Однако и этим не ограничился результат появления синего светодиода. Оказалось возможным сдвинуть максимум излучения в сторону ультрафиолетовой части спектра, которая применяется в люминесцентных лампах. Так появились новые типы светодиодов – люминесцентные.
Последствия появления синих светодиодов
Синий светодиод стал самым востребованным полупроводниковым прибором. Он является частью каждой LED—лампы или ленты. А эти источники света – лидеры по энергоэффективности среди всех других. Переход на применение мощных светодиодов, например, для уличного освещения, уменьшает расход электроэнергии на 80% в сравнении с нынешним уровнем.
Также получается непревзойденной и долговечность этих световых излучателей. Даже люминесцентные модели, в которых самым быстро изнашивающимся компонентом является люминофор, прослужат более десяти лет. Подключение светильников с оптимальными рабочими параметрами на протяжении всего срока службы, обеспечивает долговечность работы порядка пятидесяти тысяч часов. То есть можно говорить о сроке службы продолжительностью более двенадцати лет. Для светодиодного излучателя достижима работоспособность в пределах 25 лет.
Подключение ламп и лент к сети 220 В требует несложных источников питания, в которых можно предусмотреть защиту от изменения напряжения и улучшить потребительские свойства осветительных систем.
Побочным эффектом экономичности светодиодных осветителей является уменьшение расхода топлива, используемого при производстве электроэнергии. Следовательно, существенно уменьшается выделение углекислого газа, и значительно улучшается экология. В рамках экологии весьма значимо отсутствие ртути в лампах. Ведь до этого широко применялись различные люминесцентные лампы, которые после завершения эксплуатации необходимо было утилизировать по специальным технологиям демеркуризации.
Применение RGB—триад сделало возможным от одной лампы получать любой цвет или его оттенок. Никакая другая лампа не способна на такое. А появление различных марок светодиодных лент существенно расширило ассортимент средств оформления помещений и архитектурных объектов. Но существуют и малозаметные последствия:
- уменьшение расходов на обслуживание осветительных систем;
- увеличение выручки от продаж с использованием акцентированного освещения различных товаров;
- увеличение инвестиций в объекты недвижимости;
- увеличение инвестиционной привлекательности предприятий, производящих различные светотехнические устройства и установки.
Конструктивные особенности светодиодных излучателей
С появлением в продаже ламп и лент в терминологии стали применяться буквенные обозначения LED SMD. Это сокращенное название—описание светодиодов специальной конструкции. В полном виде получается так:
- L – light;
- E – emitting;
- D – diode;
- S – surface;
- M – mounted;
- D – device.
Если перевести с английского на русский язык, получится «светоизлучающий диод для поверхностного монтажа». Конструктивно под монтаж SMD-светодиоды «заточены» очень хорошо. Они предназначены для удобной пайки на печатные платы без отверстий для выводов. В каждой лампе и ленте плата представлена в том либо ином виде. Лента – это та же плата, только настолько тонкая, что легко гнется и разрезается на части. Ее ширина и размеры светодиодов взаимосвязаны. Неизменной остается длина ленты, которая равняется пяти метрам. На ней может размещаться много маленьких излучателей и намного меньше более крупных по размерам.
То же самое относится и к лампочкам. Расположение SMD—светодиодов в них делается в зависимости от того, какой должна получиться характеристика направленности света лампы и какое количество люмен светового потока она должна выдать. Для светодиодов SMD их конструктивное монтажное предназначение – это основная характеристика. Дело в том, что классификация светодиодов становится тем более условной, чем большее число их моделей появляется на рынке. Но их маркировка принципиальной сложностью не отличается.
О маркировке разных моделей
В ее основе заложено предназначение и принципиальное устройство этих полупроводниковых приборов. Они предназначены всего для двух вариантов применения:
- как индикаторные источники света,
- как электроприборы для освещения.
Для индикаторных моделей характерно обозначение dual in—line package (DIP) либо dual in—line (DIL). Это означает сдвоенное линейное расположение. Среди этих моделей может встречаться также обозначение plating through holes (PHT). Оно говорит о том, что индикатор монтируется на плате в отверстиях своими выводами. Индикаторные светодиоды, характеристики которых отличаются большим разнообразием, имеют отличия по размерам условной колбы и цвету.
- К индикаторным моделям относятся и подсвечивающие светодиодные излучатели жидкокристаллических экранов – organic light emitting diode (OLED).
Для рекламных щитов и в автомобильной индустрии применяются особо яркие и надежно монтируемые модели, которые называются «пиранья», super flux. Надежность монтажа обеспечивают четыре вывода для установки в отверстия печатной платы.
- Среди моделей для освещения первыми были SMD LED. В основу их классификации заложены размеры корпуса. Модель 3528 SMD LED оказалась одной из наиболее удачных. Она выпускается до сих пор, находя применение в лампах и лентах. Размеры SMD 3528 по занимаемой площадке на плате составляют в миллиметрах 3,5 х 2,8. Однако диод 3528 (который 3528 LED) – это не единственный популярный светодиодный излучатель. Чтобы читатель получил более полное представление, далее показана таблица. В ней приведены данные об SMD 3528, характеристики которого можно сопоставить с другими популярными моделями.В 2015 году в Южной Корее изобрели новый индикаторный светодиод, имеющий вид и свойства волокна.
Следующим осветительным поколением стали chip on board (COB) модели. По этой технологии на подложке размещается больше кристаллов, чем в SMD—конструкции. Как результат – на порядок больший световой поток.
И заключительным аккордом в нашем светодиодном обзоре станут филаментные светящиеся нити. Это по сути микросхемы специальной нитевидной формы. Они придуманы для получения максимального внешнего сходства с лампочками накаливания.
Надеемся, что изложенная в статье основная информация о характеристиках светодиодов расширит представление наших читателей об этих замечательных источниках света.
