Светодиод - как источник света

Что такое светодиод?

Если разбить слово «светодиод» на составляющие, то мы получим «свето» и «диод». То есть это обычный диод, который еще и светится. Диод — это такой прибор, который лучше всего сравнить, например, с клапаном или ниппелем в автоколесе. Туда вы можете закачать воздух, а обратно — ниппель не пускает. Иными словами диод может пропускать заряженные частицы только в одном направлении. Обычный диод выглядит как черный бочонок с двумя выводами — плюсом и минусом.

Светодиод, или светоизлучающий диод — является полупроводниковым прибором с электронно-дырочным переходом (pnпереходом) или контактом металл-проводник, создающий оптическое излучение при прохождении электрического тока через него в прямом направлении. Кристалл светодиода создает оптическое излучение в довольно узком спектре. Его спектральные характеристики зависят в первую очередь от химического состава полупроводников, используемых при его изготовлении.

Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет. В случае с «белым» светодиодом, кристалл излучает синий цвет, проходит через люминофор желтого цвета (которым прорыт светодиод) и преобразуется в белый свет. (В обратном порядке происходит с солнечным светом, желтый свет Солнца проходит через синюю атмосферу Земли и преобразуется в белый свет).

Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами (Золото или серебро) и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Как работает светодиод?

Электрический ток в виде электронов, проходя через светодиод, преобразуется в полупроводниковом кристалле в видимый свет и тепло.

Какой срок службы у светодиодов?

Если взять обычную лампу накаливания, то с ней все просто. Ее срок службы считается с момента, когда вы ее вкрутили и до того момента, когда она сгорела и вы выкинули ее в 13 мусорное ведро. Она может сгореть через 15 минут, а может и через 15 лет. Но в среднем, ее срок службы составляет 1000 часов.

Срок службы светодиодов намного больше, чем у ламп Со светодиодами не все так просто. Если мы включим светодиод и будем ждать, когда он потухнет, то можно потратить на это десятки лет.

Теоретически, светодиод — это вечный источник света. Так ли это на самом деле?

На самом деле, НЕ так. Светодиод со временем тускнеет. Связано это с тем, что в его кристалле содержатся вредные примеси, от которых невозможно полностью избавиться на этапе производства кристалла. Вот эти самые примеси, со временем изменяют структуру кристалла и он начинает деградировать. Это приводит к тому, что часть энергии он начинает преобразовывать в тепло, а не в свет. И светодиод начинает тускнеть. Поэтому, сроком службы светодиода принято считать время, в течении которого он потускнеет на 30% от своего первоначального состояния.

SMD и COB технология производства светодиодов и их отличие?

Кристалл с помощью специального клея монтируется на свое основание — теплоотводящую подложку. Подложка с кристаллом и выводами устанавливается на печатную плату. В процессе изготовления SMD светодиодов применяется большее количество слоев.

В процессе производства светильника массив кристаллов монтируются на единое основание — печатную плату. Далее, кристаллы покрываются общим слоем люминофора. Конструкция помещается в герметичный корпус, обеспечивающий ее защиту от воздействия окружающей среды и отвод тепла. В связи с большой площадью источника света увеличивается объем линзы, что усложняет и удорожает конструкцию. Меньше слоев между кристаллом и подложкой, лучше теплоотвод.

Вообще, технология COB появилась позднее SMD. Поэтому многие могут полагать, что это следующее поколение в светодиодах и COB превосходят все предыдущие решения. Однако все не так просто. В SMD-светодиодах кристаллы в количестве от 1 до 3 штук устанавливаются на керамические подложки, представляющие собой прямоугольники с размером сторон от 1 до 7 мм. Каждый SMD-светодиод индивидуально покрыт слоем люминофора. Конструкция SMDсветодиода предусматривает прямое соединение припоем контактных площадок подложки и монтажной платы.

Благодаря этому, производство светильников может быть полностью автоматизировано. Суть технологии COB заключается в размещении на плате кристаллов без корпусов и керамических подложек, а также покрытие этих кристаллов общим слоем люминофора. Кристаллы светодиодов при технологии COB расположены гораздо ближе друг к другу, чем при использовании SMD-светодиодов. Плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 кв. см. К тому же, они имеют общее покрытие люминофором. Поэтому COB-матрица светится равномерно, в ней практически неразличимы отдельные точки.

При равной мощности размер COB-матрицы меньше, чем размер матрицы из SMDсветодиодов. Таким образом, основное преимущество COB — это возможность производства источника света с минимальной площадью свечения и большей мощности, что позволит использование различных отражателей, линз и рассеивателей.

При этом преимущество SMD светодиодов — более долгий срок службы, благодаря их малой мощности и простоте отвода тепла. Также технология корпусирования и калибровки SMD светодиодов исключает человеческий фактор, следовательно, и изделия из одной партии будут иметь крайне низкую погрешность. Таким образом, несмотря на новизну, технология COB менее надежна, чем технология SMD.

Преимущества светодиодов

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

— Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись и превзошли по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами и металлогалогенными лампами, достигнув 160 Люмен на Ватт;

— Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);

— Длительный срок службы — от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день — 34 года). Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости;

— Спектр свечения современных светодиодов бывает различным — от тёплого белого (2700 К) до холодного белого (6500 К);

— Малая инерционность — включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутнофосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 сек до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды;

— Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света — ламп накаливания, газоразрядных ламп);

— Экологичность — отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения, в отличие от люминесцентных ламп.

Десятка крупнейших производителей светодиодов

На 10 компаний, представленных в данном пункте, приходится более 68% мирового предложения светодиодов

Nichia Corporation (Используются при производстве ТМ Ферекс)- инженерно-химическая производственная компания со штаб-квартирой в Токусима, Япония. Специализируется на производстве и продаже люминофоров, в том числе светодиодов (LED), лазерных диодов, материалов для аккумуляторных батарей, а также хлористого кальция.

Samsung LED (ТМ Гранат, ТМ Geliomaster, ТМ Viled) — производитель светодиодной продукции из Южной Кореи. Осуществляет научные исследования и разработки, производство и продажу сапфировых подложек для светодиодов

Osram Opto Semiconductors — немецкая компания со штаб-квартирой в Регенсбурге. Является второй в мире по объему производства оптоэлектронных полупроводников. Одним из основных продуктов компании являются светоизлучающие диоды (СИД).

LG Innotek (ТМ Viled, ТМ Geliomaster) — подразделение группы компаний LG. Занимается производством компонентов светоизлучающих диодов (LED). На основе ее компонентов создаются яркие и энергосберегающие лампы освещения и другие продукты, которые функционируют с меньшими затратами.

Seoul Semiconductor (ТМ Geliomaster) — корейская компания по производству светодиодных устройств. Компания производит корпуса для светодиодов. Общая мощность производства составляет 4 млрд. корпусов в месяц.

Cree Inc. — многонациональной производитель полупроводниковых материалов и приборов со 16 штаб-квартирой в Дареме, США. Сейчас Cree производит высоковольтные SiC диоды Шотки с напряжением 300...1700В и током до 20А по технологии ZERO RECOVERY с нулевым временем обратного восстановления, СВЧ полевые транзисторы, а также кристаллы для светодиодов и полупроводниковых лазеров синего и ультрафиолетового диапазона.

Philips Lumileds Lighting Company — является производителем широкого спектра светоизлучающих диодов (СИД).

Sharp — японская многонациональная корпорация. Линейка светодиодной продукции Sharp насчитывает более 100 осветительных модулей.

TG-Light Optoelectronic — тайваньский производитель светодиодов для осветительных ламп. Продукция TG-Light Optoelectronic включает в себя уличные фонари, лампы дневного света, настенные светильники, лампы для проекторов и все виды альтернативных источников света.

Everlight Electronics — тайваньская компания, которая производит светоизлучающие диоды (СИД). Это седьмая по объему производства компания в мире.