Виды светодиодных лент

Мощность

Диапазон мощностей промышленно выпускаемых светодиодов начинается от нескольких милливатт и заканчивается десятками ватт. Самый мощный однокристальный светодиод XML выпускается фирмой CREE и имеет максимальный рабочий ток – 3 А, при этом размеры корпуса всего 5х5 мм. Основная сфера применения таких диодов – уличное и промышленное освещение, т.к. они имеют очень большую габаритную яркость и, при низкой высоте подвеса, будут создавать сильный слепящий эффект.

Среди осветительных светодиодов, самую большую популярность приобрели одноваттные светодиоды с номинальным током 350 мА и трехваттные с током 700 мА, т.к. они подходят для большинства применений и для них самый большой выбор готовых источников питания. Причем деление видов светодиодов по ваттам достаточно условно: как правило, один и тот же светодиод можно использовать на разных режимах по мощности, выбирая значение рабочего тока 350 или 700 мА (при этом паспортное значение максимального рабочего тока естественно должно быть > 700 мА). Однако увеличивая ток, мы должны позаботиться об отводе тепла, иначе светодиод начнет быстро деградировать. Лучше не использовать светодиоды на максимальном токе, а оставлять запас хотя бы 30% (например, задавать 700 мА при I_max=1000 мА). Также нужно помнить о том, что с увеличением тока снижается световая отдача. Поэтому, в случаях когда необходимо получить максимальную эффективность, лучше снижать ток.

Многие производители объединяют светодиоды в мощные матрицы: кристаллы, соединенные, как правило, в последовательно-параллельные цепи, размещены на одном основании и залиты общим  слоем люминофора. Такая технология называется Chip-On-Board  или сокращенно COB.

COB-модули могут иметь мощность до нескольких сотен ватт и применяются для освещения.

Светодиоды малой мощности (0,05…0,5 Вт) применяются в основном для  подсветки дисплеев различных устройств, включая мобильные устройства.

Эта самая большая ниша на рынке светодиодов. Также маломощные LED могут быть использованы для освещения: в случае, когда требуется получить равномерно светящуюся поверхность с малой габаритной яркостью, изготавливаются светодиодные модули из десятков или даже сотен маломощных светодиодов. Лучше всего такие источники света подходят для внутреннего освещения.

Самую маленькую мощность имеют светодиоды, применяемые для целей индикации или попросту индикаторные. Они очень разнообразны по форме и размерам, некоторые виды представлены  на рисунке ниже.

Краткая характеристика ленты SMD 5730

Светодиоды, относящиеся к довольно высокоэффективным. Многие даже считают 5730 одной из лучших марок в линейке SMD-светодиодов. Основные плюсы их в хорошей проводимости тепла и очень невысоком сопротивлении. Служат они довольно продолжительное время. Весьма неплохо переносят вибрацию, сырость и резкое изменение температур. Реализуются в основном лентой в катушке. Обладают комфортной светопередачей и высокой энергоэффективностью, в результате чего завоевали доверие предпринимателей, использующих 5730 в основном в торговых и офисных помещениях, в качестве надежных и мощных светодиодов. Также у них есть несколько преимуществ перед более ранними моделями:

1. значительный срок службы, стабильные показатели и качественное исполнение;
2. уменьшение освещаемости – не более одного процента после 3 000 часов;
3. материал, из которого они изготовлены, способен выдержать температуру до 260 градусов.

Одноцветная лента с LED SMD 5730

Недостатки

Параметры работы изделий довольно хороши и выгодны. Однако нужно учитывать, что имеются еще и недостатки. Какие?

• Из-за того, что со временем ухудшается проводимость света, падает яркость излучения.
• Если совершается процесс изменения мощности сигнала, то чип может сгореть. Такие ситуации происходят не сильно часто, однако вероятность поломки имеется.
• К чересчур высокой температуре диоды все же восприимчивы. К каким именно показателям тепла — необходимо узнавать конкретно по отношению к приобретенной модели.
• Для того чтобы диод работал, необходимо устанавливать специальный радиатор.
• Если изделие используется в открытом пространстве, придется обеспечивать дополнительную защиту от влаги, грязи, повреждений.

Мир светодиодов: краткий обзор предложений современных производителей

Первые удачные эксперименты были проведены более ста лет назад. Но только в конце 70-х прошлого века удалось создать образцы, пригодные для коммерческого применения.

Разные комбинации полупроводниковых материалов создают волны определенной длины

Для зеленого цвета применяют AlGaInP (Алюминий-Галий-Фосфид индия). Красный получается с использованием AlGaAs (Алюминий-Арсенид галлия). Долгое время не могли найти комбинацию для синего. Только в 90-х годах был найден подходящий состав, за который авторы получили Нобелевскую премию. Сочетание перечисленных цветов позволило создать белый свет. С этого времени был дан старт массовому внедрению технологий данной категории в разные сферы человеческой деятельности.

Индикаторные светодиоды

Конструкция прибора DIP типа

Для концентрации светового потока функции отражателей выполняет опорная пластина и стенки. Такие приборы выпускают с выпуклыми линзами и прямоугольными торцами диаметром от 3 до 10 мм. Их подключают к источникам питания 2,5-5 В с ограничением по току до 20-25 мА. Угол рассеивания не превышает 140°. Яркость – до 1,1 люмен.

Индикаторные светодиоды ранее применяли для создания фонарей, светофоров, информационных стендов и рекламных табло. В наши дни появились новые модификации полупроводниковых приборов с большей силой света.

Оригинальная подсветка сценических костюмов

На практике пригодятся следующие преимущества индикаторных светодиодов:

• низкая стоимость;
• хорошая защищенность от влаги и других неблагоприятных внешних воздействий;
• безопасные токи и напряжение питания;
• небольшое потребление энергии.

Последний пункт надо дополнить низким выделением тепла. Такие устройства способны функционировать долгосрочно в широком температурном диапазоне без специальных охлаждающих радиаторов.

Осветительные светодиоды

Полупроводниковые приборы SMD, как наиболее распространенные изделия, подробно рассмотрены ниже. Их создают в стандартных размерах на специальной подложке, которая хорошо приспособлена для последующего монтажа на печатную плату.

Излучающее поле лампы, созданное из SMD светодиодов

Для улучшения защищенности полупроводники закрепляют на подложке внутри литого пластикового корпуса. Верхняя полусферическая часть образует линзу, что помогает сузить световой поток.

«Пиранья». Грозное название этой категории подчеркивает высокую эффективность приборов

Следующая группа изделий создана специально для освещения. На подложке размещают синие светодиоды. Сверху – слой люминофора. В данном случае применяют большее количество кристаллов на единицу поверхности по сравнению с технологией SMD. Это позволяет получить сильный световой поток.

Мощную матрицу категории COB (Chip On Board) надо охлаждать. Такие лампы устанавливают в автомобильные фары ближнего и дальнего светаТехнология Chip On Glass («Чип-на-стекле»)

На фото изображены основные стадии производственного процесса:

1. Создается подложка из стекла нужной формы.
2. На ней закрепляют последовательно полупроводниковые кристаллы.
3. Сверху устанавливают слой люминофора.
4. Далее – финишное защитное покрытие.

В цоколе лампочки размещают блок питания, который создает постоянное напряжение с нужной силой тока.

Плюсы и минусы осветительных светодиодов

Выяснив, какие бывают светодиоды, надо перечислить их преимущества по сравнению с альтернативными изделиями:

• Лучшие полупроводниковые приборы способны обеспечить более 200 люменов на 1 Вт энергии. Это потребление на 80-85 % меньше по сравнению с типовыми лампами накаливания.
• Качественные светодиодные светильники устойчивы к вибрациям, перепадам напряжения в сети. Долговечность лучших изделий приближается к 100 тыс. часов, что эквивалентно белее чем 11 годам непрерывной эксплуатации.
• Отсутствие ртутных и других вредных соединений вместе с прочной рассеивающей колбой повышает уровень безопасности.

Не забывайте, что в экономический расчет надо включать все сопутствующие расходы. Светодиодные источники, сделанные известными производителями, стоят дорого. Только через несколько лет получится окупить первоначальные инвестиции. Также надо отметить:

• Мерцание при недостаточно качественной сборке блока питания.
• Небольшой угол рассеивания.
• Различные технические характеристики в одной товарной партии.
• Узкий диапазон цветовой температуры, несоответствие параметра паспортным данным.

Маркировка светодиодов по цвету, правила расшифровки кода маркировки светодиодной ленты

С учетом этого параметра единой системы стандартов не существует. Маркировка светодиодов по цвету непосредственно на корпусе затруднена по причине миниатюрности изделий. Обозначения делают на лентах. Ниже приведена информация о продукции CREE.

Типовое название составлено следующим образом: АААВВВ-СК-0000-ZZZZZ. Первые три буквы («ААА») – это серия. Для рассмотренной выше модификации XM-L будут указано «XML». Следующие три позиции («BBB») – цвет:

• GRN, BLU, RED и другие обозначения понятны в переводе с английского (зеленый, синий, красный соответственно).
• WHT – белый цвет.
• Однако BWT – тоже белый, но в этом варианте речь идет о приборах второго поколения.
• HEW – еще одна модификация белого. Здесь отмечена особой аббревиатурой улучшенные энергетические характеристики прибора.

Далее на позициях «СК»указывают качество цветопередачи:

• Для светильников наружного освещения этот параметр не является определяющим. Такие светодиоды маркируют «01».
• Аббревиатурой L1 обозначают типовые изделия, характеристики которых определяются в технических паспортах.
• При значениях коэффициента цветопередачи CRI от 70; 80; 85; 90 и выше применяют сочетания B1; H1; P1; U1 соответственно.

Как применять мигающий светодиод

Несложно заметить, что в схемах светодиод используется обычный. Мигающий отличается наличием собственной ёмкости и большого сопротивления контактов. Эти параметры простым путём измеряются при помощи тестера. Для успешного хода опытов небесполезно узнать, что более длинная ножка светодиода считается анодом, и сюда нужно аккуратно подать плюс

Элемент не терпит высоких обратных напряжений и непременно сломается, если не соблюдать предосторожностей

После измерений тестером рекомендуется нарисовать эквивалентную схему светодиода. Нарисовать на ней ёмкость и сопротивление. Потом расчёт времени переключения ведётся с использованием материала из разделов портала:

1. Параллельное и последовательное соединение проводников.
2. Последовательное соединение конденсаторов.
3. Параллельное соединение конденсаторов.

Информация из топиков поможет рассчитать характеристики практически любого соединения пассивных элементов. После этого вычисляется постоянная цепи заряда. Это делается перемножением номиналов R и С. Время полного перехода системы из одного состояния в другое равно трём вычисленным периодам. К примеру, для ёмкости 10 мкФ и конденсатора 20 кОм величина составит 200 мс. Следовательно, светодиод станет мигать с частотой порядка 2-3 Гц, два или три раза в секунду.

Как оценить качество сборки светодиодной ленты

При покупке светодиодной ленты в магазине необходимо визуально оценить качество её изготовления. Она не должна иметь нарушений защитного слоя, состоять из нескольких лент спаянных между собой, выглядеть неаккуратно, а светодиоды должны быть распределены равномерно по всей ленте. Если имеется возможность подключить ленту к питанию и проверить качество освещения, то стоит оценить равномерность свечения и яркость ленты. Цвет, должен соответствовать указанному в технических характеристиках. Блок питания должен иметь мощность больше, чем у ленты с запасом, чтобы избежать перегрева и выхода из строя.

Схемы подключения светодиодных лент к сети 220 В и способы соединения лент между собой

Как подобрать блок питания для светодиодной ленты по техническим характеристикам, расчёт мощности

Что такое цветовая температура светодиодных ламп?

Что измеряется в люменах и какие нормы освещенности на 1 квадратный метр?

Что такое светодиод, его принцип работы, виды и основные характеристики

Как заменить люминесцентную лампу на светодиодную?

Разновидности светоизлучающих диодов

В основе работы LED-приборов лежит процесс пропускания фотонов через полупроводниковый кристаллик. Именно от применяемого материала зависит цвет возникающего свечения. Совсем не светофильтры делают свечение красным или синим.

Увеличения интенсивности светового излучения добиваются с помощью специальных присадок или способом создания нескольких слоев — внутрь помещают нитрид алюминия.

Цвет свечения светодиодов зависит от материала кристалла

Светодиоды делят на две группы по способу применения:

• Индикация и декорация. К этой категории относятся цветные светодиоды. Их помещают в просвечивающийся корпус. Для управления техникой на расстоянии применяют модели с инфракрасными индикаторами.
• Освещение. В этом случае используют LED-источники белого свечения. Соответственно потребностям подбирают теплые или холодные оттенки.

По способу монтажа выделяют осветительные светодиоды:

SMD. При такой модификации кристаллик расположен на специальной подложке, которая помещается в корпус. Контакты соединяются. При поломке одного кристаллика его заменяют, восстанавливая работу всей системы.

ОСВ. В таком устройстве множество кристаллов размещены на одной плате. Все они покрытых люминофором. Степень свечения таких ламп высокая, а производство недорогое. Систему придется заменить полностью даже при выходе из строя всего одного светодиода.

Применение светодиодов

Сферы применения светодиодов постоянно расширяются. Первоначально они использовались как световые индикаторы в схемах включения или работы электронной аппаратуры. Например, включение передатчика, переход на повышенную или пониженную мощность и т.д. Могли фиксировать автоматическое включение, например, при появлении сигнала вызова или для привлечения внимания. Использовались мигающие или одноцветные светодиоды – красные, желтые, зеленые, синие.

Малогабаритные сверхъяркие DIP-светодиоды соединяли в последовательно-параллельные цепочки и питали их прямо от сети 220 В. Поместив такие последовательные группы диодов в прозрачную гибкую ПВХ-трубку и залив их прозрачным герметиком, получили «гибкий неон» – светящийся «жгут». Его можно проложить по бортику бассейна, бордюру дорожки, украсить крышу дома или дерево в саду.

Использование гибкого неона.

Появление гибких многослойных плат и SMD-корпусов для поверхностного монтажа привело к созданию гибких светодиодных лент.

Вначале это были средства декоративной отделки интерьера помещений. Увеличение мощности SMD-диодов и плотности их размещения на плате позволило начать использование светодиодных лент вначале для вспомогательного, а потом и основного освещения. Увеличение степени пылевлагозащиты лент привело к их использованию для декоративной подсветки, а потом и основного освещения в условиях улицы.

Одновременно шла разработка светодиодных ламп для замены ламп накаливания в светильниках – бра, люстрах, настольных лампах. Появились лампы-ретрофиты – полные аналоги ламп накаливания и люминесцентных трубок по форме, размерам колб, напряжению питания. Началась постепенная замена ламп накаливания на светодиодные ретрофиты. При этом прекращалось производство ЛН – вначале 100 Вт и более, потом 75, 60 и т.д.

Разработка мощных единичных светодиодов, особенно в корпусе Emitter или PCB Star, способствовала появлению фонариков со встроенным аккумулятором. Яркость и длительность свечения после одного цикла заряда в разы превосходила прежние модели.

Отличная управляемость светодиодов электронными средствами — контроллерами и диммерами – регуляторами яркости, позволила использовать мощные прожекторы в светодинамической иллюминации улиц и площадей городов и поселков в любом регионе страны.

Применение в декоративной подсветке зданий.

Светодиодные ленты типа RGB, RGBW и RGBWW дали возможность не только получить мощные потоки белого света, но и в широких пределах изменять его белый оттенок от желтоватого теплого до синеватого и голубого холодного.

Управляемость новых источников света позволяет широко использовать их в световой рекламе – «бегущих строках», световых табло, информационных экранах и т.п. Используют эти яркие цветные и белые источники света в фасадной рекламе и на крышах – плоские и объемные буквы и рисунки, фирменные названия, изображения товарных знаков и многое другое.

И все эти конструкции работают много дольше аналогов на обычных лампах, почти не требуя обслуживания и потребляя при этом в разы меньше электроэнергии. Технические характеристики светодиодов и светотехнической аппаратуры постоянно растут. Стоимость светодиодов уменьшается, а применение расширяется.

Виды и типы светодиодных ламп.

Четкая классификация у светодиодных ламп отсутствует: изделия производятся слишком разных форм, цветов и конфигураций.  

По способу применения:

1. Источники света общего назначения для освещения квартир и офисов. Характеризуются углом рассеивания от 20 до 360.
2. Изделия направленного света. Такие лампочки называют спотами. Они используются для создания подсветок или выделения интерьерных зон в комнате.
3. Изделия линейного типа, схожие с привычными люминесцентными лампами. Изготавливаются в виде трубок. Применяются в технических помещениях, офисах, залах магазинов и в других пространствах, где важна пожарная безопасность. Создают яркую, красивую подсветку, которая подчеркнет необходимые детали.

По назначению светодиодные лампы делятся на:

1. Изделия для уличного применения. Изготавливаются в пыле- и влагозащищенном корпусе.
2. Изделия для производственных целей, коммунальных служб. Дополняются антивандальным прочным корпусом. Изготавливаются с особыми требованиями к характеристикам освещения: стабильность, срок службы, условия эксплуатации.
3. Бытовые лампы. Характеризуются невысокой мощностью, стильным дизайном, электро- и пожаробезопасностью, качеством светового потока (индекс цветопередачи, коэффициент пульсации и др.).

Исходя из потребляемого напряжения тоже выделяют три вида ламп:

1. С питанием 4 В. Маломощные светодиоды, которые потребляют от одного до 4,5 В. Излучают свет разных длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового.
2. С питанием 12 В. Такое напряжение безопасно для человека, поэтому эти источника света подходят для помещений с повышенной влажностью. Часто выпускаются  со штырьковыми цоколями, что усложняет процесс подключения. Дополнительная трудность может быть в необходимости специального блока питания, который снизит напряжение сети до 12 В. Удобны для использования автолюбителям и туристам: они могут организовать освещение от аккумулятора.
3. С питанием 220 В. Самый распространенный вид. Широко применяются для бытовых нужд.

Типы цоколей.

Чтобы LED источники света подходили к уже применяемой схеме электроснабжения домов, их оснащают винтовыми цоколями. В качестве альтернативы светильникам галогенного типа выпускают лампы со штырьковыми цоколями. Основные типы представлены в таблице.

Главные три типа светодиодов

Рассмотрим более подробно основные виды светоизлучающих диодов, имеющие различное конструктивное исполнение и производимые по разной технологии.

Выводные светодиоды

Для выводных светодиодов характерно наличие, так называемых, «ножек», предназначенных для их монтажа в отверстиях печатной платы. Этот тип продукции применяется для индикации и подсветки.

Отдельные модификации используются в бытовых фонарях, переносных светильниках, «лазерных» указках. Встречаются 3 типовых модификации корпусов:

Цилиндрические светодиоды

SMD светодиоды

SMD светодиоды устанавливаются на плату методом поверхностного монтажа. Их основой является светодиодный чип (кристалл), размещенный в прямоугольном или квадратном корпусе. Плюсовой и минусовой выводы выполнены в виде металлических полосок.

Процесс создания СМД-диода состоит из четырех этапов: выращиванию кристалла, планарной обработки пленки, бинирования (сортировки чипов по категориям – бинам), размещения полученных чипов в специализированный корпус. Кристаллы выращиваются при помощи технологии, использующей металлоорганическую эпитаксию: послойное наращивание кристаллической структуры и создание контактных отводов от каждого p-n перехода.

Выращенные кристаллы размещаются на подложке, отводящей излишки тепла. При наличии эффективного теплоотвода даже мощные модели работают в стабильном рабочем режиме. Срок беспроблемной службы составляет несколько лет.

На поверхность готовых чипов наносят один из вариантов оптического покрытия, чаще всего люминофор. На мощных светоизлучающих диодах монтируют пластиковую фокусирующую линзу, формирующую диаграмму направленности светового потока.

Светодиодные светильники комплектуются сборкой SMD-диодов, обеспечивающей требуемую величину светового излучения, измеряемую в люменах.

COB-светодиоды

Идея COB-матрицы состоит в размещении большого числа светодиодных элементов на общей подложке. Такое решение обеспечивает более высокую плотность кристаллов на единицу площади по сравнению с SMD-технологией (дискретные чипы в отдельных корпусах).

В итоге компактная матрица излучает суммарный световой поток с лучшей интенсивностью и однородностью. Керамическая или алюминиевая подложка с диодами герметично заливается люминофором. Для отвода излишков тепла готовая плата устанавливается на радиатор.

COB-диоды соединяются последовательно в кластеры. При питании 9 вольт – 3 штуки, 12 вольт – 4 штуки. Рабочий ток нормируется, исходя из вида используемых кристаллов. Соединение созданных кластерных цепочек выполняется параллельно в соответствии с требуемой выходной мощностью/яркостью.

Разновидности белого цвета

Чаще всего в быту, для декораций и освещения используются белые светодиоды, характеристики которых зависят от их тона.

Теплый белый свет: его цветовая температура составляет 2700 К, и он отличается небольшим желтоватым оттенком, похожим на пламя, которое излучает свеча. Именно такой оттенок характерен для ламп накаливания, он успокаивает и расслабляет

Важно отметить, что использование матового или прозрачного плафона будет менять оттенок на более мягкий либо насыщенный. Этот вид света не основной, но он прекрасно подойдет для дополнительного и декоративного освещения, будет идеальным для установки в спальнях

Благодаря ему можно создать в помещении гармонию и домашнее тепло.

Натуральный белый свет: его цветовая температура составляет 4200 К, он является самым популярным и чаще всего используемым. Подходит для применения в качестве основного источника освещения помещений как коммерческого характера, так и бытового. Можно использовать для всех типов поверхностей, таких как кухонная столешница либо рабочий стол в кабинете. Как и теплый свет, натуральный имеет несколько оттенков. Светильники и лампы с матовым рассеиванием будут иметь совсем другой спектр насыщенности, чем приборы с прозрачной колбой. Он способствует получению более точного и направленного света, нежели матовый, через который излучаются мягкие блики ненавязчивого оттенка.

Холодный белый свет: его цветовая температура составляет 6000 К. Имеет своеобразный голубоватый оттенок. Этот тон является очень ярким и чаще всего используется для офисов, а также как локальное освещение. Достаточно широкое распространение получил на парковках, в подъездах, на придомовой территории, а также в парках, алеях и скверах. Часто устанавливается для подсветки уличных реклам, коммерческих вывесок и прочего.