Valkoinen LED

Valkoinen LED  on puolijohdelaite, joka säteilee valoa, joka ihmisen värin havaitsemisen psykofysiologian ( metamerismin ) erityispiirteistä johtuen aiheuttaa valkoista läheisen valon tunteen .

Valkoisia LED-valoja on kahdenlaisia:

• Monisiruiset LEDit, useammin kolmikomponenttiset ( RGB -LEDit), jotka sisältävät kolme punaisen, vihreän ja sinisen valon puolijohdeemitteriä yhdistettynä yhteen pakkaukseen.
• Sinisen , violetin tai ultravioletti -LEDin pohjalta luodut fosfori -LEDit (koenäytteet), joiden koostumuksessa on kerros erityistä loisteainetta, joka fotoluminesenssin seurauksena muuntaa osan LED-säteilystä valoksi suhteellisen laajassa valossa. spektrikaista , jonka maksimi on keltaisella alueella (yleisin malli). LEDin ja loisteaineen säteily sekoittuessaan antaa eri sävyisiä valkoista valoa.

Keksintöhistoria

N. Holonyak hankki ensimmäiset punaiset puolijohdesäteilijät teolliseen käyttöön vuonna 1962. 70-luvun alussa keltaiset ja vihreät LEDit ilmestyivät. Näiden, vaikkakin vielä tehottomia, laitteiden valoteho saavutti vuoteen 1990 mennessä yhden lumenin tason . Vuonna 1993 Shuji Nakamura , insinööri Nichiassa (Japani), loi ensimmäisen kirkkaan sinisen LED-valon. RGB LED -laitteet ilmestyivät melkein välittömästi, koska siniset, punaiset ja vihreät värit mahdollistivat minkä tahansa värin, myös valkoisen, saamisen. Valkoiset fosfori-LEDit ilmestyivät ensimmäisen kerran vuonna 1996. Sen jälkeen tekniikka kehittyi nopeasti, ja vuoteen 2005 mennessä LEDien valoteho saavutti 100 lm/W tai enemmän. LEDit eri hehkusävyillä ilmestyivät, valon laatu mahdollisti kilpailun jo perinteisiksi tulleiden hehkulamppujen ja loistelamppujen kanssa. LED-valaistuslaitteiden käyttö arjessa, sisä- ja ulkovalaistuksessa on alkanut [1] .

RGB-LEDit

Valkoista valoa voidaan luoda sekoittamalla erivärisiä LED-valoja. Yleisin kolmivärinen suunnittelu punaisista (R), vihreästä (G) ja sinisestä (B) lähteistä, vaikka vaihtoehtoja on kaksivärisiä, tetrakromaattisia [2] [3] [4] ja enemmän monivärisiä [5] .

Monivärisellä LEDillä, toisin kuin muilla RGB-puolijohdelähettimillä ( valot , lamput , klusterit ), on yksi viimeistelty runko, joka on useimmiten samanlainen kuin yksivärinen LED. LED - sirut on sijoitettu vierekkäin ja niillä on sama linssi ja heijastin . Koska puolijohdesiruilla on rajallinen (nollasta poikkeava) koko ja omat säteilykuviot , tällaisilla LEDeillä on useimmiten epätasaiset kulmaväriominaisuudet [6] . Lisäksi oikean värisuhteen saamiseksi ei useinkaan riitä nimellisvirran asettaminen , koska kunkin sirun valotehoa ei tiedetä etukäteen ja se voi muuttua käytön aikana. Haluttujen sävyjen asettamiseksi RGB-lamput on joskus varustettu erityisillä ohjauslaitteilla [7] .

RGB-LEDin spektrin erottuva piirre on viivaspektri, joka määräytyy sen muodostavien puolijohdesäteilijöiden spektrin mukaan. Tällainen spektri on hyvin erilainen kuin Auringon spektri, joten tämän tyyppinen värintoistoindeksi ei sovellu käytettäväksi valaistuksessa. Samanaikaisesti RGB-LED pystyy ohjaamaan säteilyn väriä muuttamalla kunkin "kolmioon kuuluvan LEDin" virtaa, säätämään niiden lähettämän valkoisen valon värisävyä heti toiminnan aikana. - yksittäisten itsenäisten värien saamiseen asti. Tämä määrittää sen käyttöalueen koristevalaistuksen lähteenä ja kuvantamislaitteissa.

Moniväristen LEDien valotehon ja värin riippuvuus lämpötilasta johtuu laitteen muodostavien säteilevien sirujen erilaisista ominaisuuksista, mikä vaikuttaa hehkun värin pieneen muutokseen käytön aikana [8] [9] . Monivärisen LED-valon käyttöikä määräytyy puolijohdesirujen kestävyyden mukaan, riippuu suunnittelusta ja ylittää useimmiten loistelamppujen käyttöiän.

Trikolorin lisäksi valmistetaan myös RGBW-LED :itä [4] , jotka sisältävät kolmen värin (R, G, B) LEDien lisäksi laajan spektrin lähteen - fosforinvalkoisen LEDin (katso alla); RGBWW-LEDit, jotka sisältävät lämpimän valkoisen (WarmWhite) laajan spektrin lähteen; sekä vaihtoehtoja useiden valkoisten yhdistelmällä eri värilämpötiloilla . Tällaiset LEDit voivat luoda sekä voimakkaan värillisen valaistuksen että olla laajakaistaisen valkoisen valon lähde, joka on vailla lineaarisuutta, samanlainen kuin fosforivalkoisten LEDien spektri.

Monivärisiä LED-valoja käytetään pääasiassa koriste- ja arkkitehtonisessa valaistuksessa [10] [11] , elektronisissa näytöissä [12] ja videonäytöissä .

• RGB LED-kiteet muovikotelossa

• Muovikotelon linssin suurentamat valon säteilyalueet

• Kiteet ja mikrosiru RGB LEDin kytkemiseen kahdella nastalla muovikotelossa

• SMD RGB LED 6 nastalla

• Valoisa SMD RGB -LED ( makro )

• SMD RGB LED -siru 1,6 x 1,6 x 0,35 mm (makro)

• Monivärinen SMD 5050 RGB LED-nauha

Fosfori-LEDit

Sinisen (useammin), violetin [13] tai ultravioletti (ei massatuotannossa käytetty) puolijohdeemitterin ja fosforimuuntimen yhdistelmä mahdollistaa edullisen valonlähteen, jolla on hyvät ominaisuudet. Yleisin tällaisen LEDin rakenne [14] sisältää sinisen galliumnitridipuolijohdesirun , joka on modifioitu indiumilla (InGaN) ja loisteaineen, jonka reemission maksimi on keltaisella alueella - yttrium -alumiinigranaatti, joka on seostettu kolmiarvoisella ceriumilla (YAG). Osa sirun alkusäteilyn tehosta lähtee LED-kotelosta siroteltuaan loisteainekerrokseen, toinen osa absorboituu loisteaineeseen ja emittoituu uudelleen matalampien energiaarvojen alueella. Re-emissiospektri kattaa laajan alueen punaisesta vihreään, mutta tällaisen LEDin tuloksena syntyvä spektri on selvästi pudonnut vihreä-sini-vihreällä alueella.

Loisteaineen koostumuksesta riippuen LEDejä valmistetaan eri värilämpötiloilla ("lämmin" ja "kylmä"). Yhdistelemällä eri tyyppisiä loisteaineita saadaan aikaan merkittävä lisäys värintoistoindeksissä ( CRI tai Ra ) [15] [16] . Vuodelle 2017 on jo olemassa LED-paneeleja valokuvaukseen ja kuvaamiseen, joissa värien toisto on kriittistä, mutta tällaiset laitteet ovat kalliita ja valmistajia on vähän.

Yksi tapa lisätä loistelamppujen kirkkautta säilyttäen tai jopa alentamalla niiden kustannuksia on lisätä puolijohdesirun läpi kulkevaa virtaa sen kokoa suurentamatta , mikä lisää virrantiheyttä . Tämä menetelmä liittyy samanaikaisesti sirun laatuvaatimusten ja jäähdytyselementin laadun lisääntymiseen. Virrantiheyden kasvaessa sähkökentät aktiivisen alueen tilavuudessa vähentävät valotehoa [17] . Kun rajavirrat saavutetaan, koska LED-sirun osat, joissa on eri epäpuhtauspitoisuudet ja erilaiset kaistavälit johtavat virtaa eri tavalla [18] , tapahtuu siruosien paikallista ylikuumenemista, mikä vaikuttaa valotehoon ja LEDin koko käyttöikään. . Lähtötehon lisäämiseksi samalla, kun säilytetään spektriominaisuuksien ja lämpöolosuhteiden laatu, valmistetaan LEDejä, jotka sisältävät LED- siruryhmiä yhdessä paketissa [19] .

Yksi moniväri-LED-tekniikan keskustelunaiheista on niiden luotettavuus ja kestävyys. Toisin kuin monet muut valonlähteet, LED muuttaa valontuottoominaisuuksia (tehokkuutta), säteilykuvioita ja värisävyjä ajan myötä, mutta harvoin epäonnistuu kokonaan. Siksi esimerkiksi valaistuksen käyttöiän arvioimiseksi otetaan valotehon vähennystaso 70 prosenttiin alkuperäisestä arvosta (L70) [20] . Eli LED, jonka kirkkaus on pienentynyt 30 % käytön aikana, katsotaan epäkunnossa. Koristevalaistuksessa käytettävien LEDien käyttöikäarviona käytetään 50 % himmennystasoa (L50).

Loistelamppujen käyttöikä riippuu monista parametreista [21] . Itse LED-kokoonpanon valmistuslaadun (sirun kiinnitysmenetelmä kristallipitimeen, virtaa kuljettavien johtimien kiinnitystapa, tiivistysmateriaalien laatu ja suojaominaisuudet) lisäksi käyttöikä riippuu pääasiassa valon ominaisuuksista. itse säteilevä siru ja loisteaineen ominaisuuksien muutokset ajan myötä (hajoaminen). Lisäksi, kuten useat tutkimukset osoittavat, lämpötilaa pidetään pääasiallisena LEDin käyttöikään vaikuttavana tekijänä.

Lämpötilan vaikutus LEDin käyttöikään

Toimintaprosessissa oleva puolijohdesiru luovuttaa osan sähköenergiasta säteilynä , osan lämmön muodossa . Samanaikaisesti, riippuen tällaisen muuntamisen tehokkuudesta, lämmön määrä on noin puolet tehokkaimmista pattereista tai enemmän. Itse puolijohdemateriaalilla on alhainen lämmönjohtavuus , lisäksi materiaaleilla ja pakkauksen suunnittelulla on tietty ei-ihanteellinen lämmönjohtavuus, mikä johtaa sirun kuumenemiseen korkeisiin (puolijohderakenteen kannalta) lämpötiloihin. Nykyaikaiset LEDit toimivat sirun lämpötiloissa noin 70-80 astetta. Ja tämän lämpötilan lisäämistä galliumnitridiä käytettäessä ei voida hyväksyä. Korkea lämpötila johtaa vikojen määrän kasvuun aktiivisessa kerroksessa, johtaa lisääntyneeseen diffuusioon , muutokseen substraatin optisissa ominaisuuksissa. Kaikki tämä johtaa ei-säteilyttävien rekombinaatioiden prosenttiosuuden kasvuun [22] ja fotonien absorptioon sirumateriaaliin . Tehon ja kestävyyden lisääminen saavutetaan parantamalla sekä itse puolijohderakennetta (vähentämällä paikallista ylikuumenemista) että kehittämällä LED-kokoonpanon suunnittelua parantamalla sirun aktiivisen alueen jäähdytyksen laatua. Tutkimustyötä tehdään myös muiden puolijohdemateriaalien tai substraattien kanssa [23] [24] .

Loisteaine altistuu myös korkeille lämpötiloille. Pitkäaikainen altistuminen lämpötilalle uudelleen emittoivat keskukset estyvät ja muunnoskerroin sekä loisteaineen spektriominaisuudet heikkenevät. Ensimmäisessä ja joissakin nykyaikaisissa moniväri-LED-malleissa loiste levitetään suoraan puolijohdemateriaaliin ja lämpövaikutus maksimoidaan. Säteilevän sirun lämpötilaa alentavien toimenpiteiden lisäksi valmistajat käyttävät erilaisia ​​menetelmiä vähentääkseen sirun lämpötilan vaikutusta loisteaineeseen. Eristetyt fosforitekniikat [25] ja LED-lamppujen suunnittelu, joissa loisteaine on fyysisesti erotettu emitteristä, voivat pidentää valonlähteen käyttöikää.

LED-kotelo, joka on valmistettu optisesti läpinäkyvästä silikonimuovista tai epoksihartsista, vanhenee lämpötilan vaikutuksesta ja alkaa haalistua ja kellastua ajan myötä, jolloin se imee osan LEDin lähettämästä energiasta. Heijastavat pinnat heikkenevät myös kuumennettaessa - ne ovat vuorovaikutuksessa kotelon muiden osien kanssa ja ovat alttiina korroosiolle. Kaikki nämä tekijät yhdessä johtavat siihen, että säteilevän valon kirkkaus ja laatu heikkenevät vähitellen. Tätä prosessia voidaan kuitenkin onnistuneesti hidastaa, mikä tarjoaa tehokkaan lämmönpoiston.

Loistelamppujen rakentaminen

Moderni phosphor LED on monimutkainen laite, joka yhdistää monia alkuperäisiä ja ainutlaatuisia teknisiä ratkaisuja. LEDillä on useita pääelementtejä, joista jokainen suorittaa tärkeän, usein useamman kuin yhden toiminnon [26] [27] :

• LED-siru . LEDien koostumuksessa käytetyllä puolijohdemateriaalilla, sen lisäksi, että se pystyy emittoimaan valoa tehokkaasti, tulee olla hyvä optinen läpinäkyvyys (varmistaa valokvanttien vapaa poistuminen aktiiviselta alueelta), sillä on oltava hyvä sähkönjohtavuus (vähentämään aktiivista häviöt virran kulun aikana) ja täyttävät edelleen monet valmistettavuuskriteerit tuotannossa.
• fosfori . Loisteainekerros tai loisteaineseos valitaan erittäin huolellisesti. Riittävän laajan reemissiospektrin lisäksi aktiivisen aineen ja kantajana toimivan aineen tulee tarjota ei-säteilyabsorptiota vähimmäistaso. Erityistä huomiota kiinnitetään lämpötilan kestävyyteen ja vakauteen pitkäaikaisen käytön aikana. Loisteaineen levitysmenetelmä määrää suurelta osin väriominaisuudet, mukaan lukien värin ja kirkkauden kulmaominaisuudet [28] .
• Kristallipidike . Kupari tai muu materiaali, joka on erityisesti käsitelty hyvien heijastusominaisuuksien ja maksimaalisen lämmönjohtavuuden takaamiseksi. LEDien nykyaikaiset mallit mahdollistavat riittävän alhaisen lämpövastuksen aikaansaamisen esimerkiksi juottamalla lampun rungon lämpöä johtavan elementin pintaan (SMD). Kiteenpitimessä yleensä yhdistyy valoheijastimen toiminto, koska osa takaisin säteiletystä energiasta sekä osa loisteainekerroksessa sironneesta valosta palaa takaisin.
• Liima tai eutektinen seos . LED-sirun kiinnitysmenetelmän koteloon tulee varmistaa liitoksen lujuus, hyvä ja tasainen sähkökontakti sekä erinomainen lämmönjohtavuus. Lisäksi sillä on oltava hyvä heijastavuus ja kestää pitkäaikaista altistumista korkeille lämpötiloille.
• Heijastin . Heijastimen muoto ja koko yhdessä optisen linssin kanssa muodostavat LEDin vaaditun säteilykuvion. Kiteenpitimen, heijastimen ja virtaa kuljettavien elementtien pinnan heijastavuuden lisäämiseksi niissä on eri materiaaleista valmistettuja erikoispinnoitteita yksinkertaisista hopea- ja alumiinivaihtoehdoista monimutkaisiin komposiittipinnoitteisiin, jotka ovat hajautettu Bragg-heijastin [29] .
• Suojaseos , joka yhdistää itse elementin, joka suojaa LEDin rakennetta korroosiolta ja ympäristövaikutuksilta, ja linssin (tarvittaessa valovirran tarkentaminen).
• virtaa kuljettavat elementit . Johtimet tai virtaa kuljettavat filamentit kuljettavat virran puolijohdesirun yläpuolelle, ulospäin. Tällaisen johtimen ja sen kiinnitystavan tulee toisaalta tarjota hyvä kosketus ja alhainen aktiivinen vastus virralle, toisaalta ei saa estää valoa karkaamasta.

Kaikki LED-suunnittelun elementit kokevat lämpökuormia, ja ne on valittava ottaen huomioon niiden lämpölaajenemisaste. Ja hyvän suunnittelun tärkeä edellytys on LED-laitteen kokoamisen ja valaisimeen asennuksen valmistettavuus ja edullinen hinta.

Valon kirkkaus ja laatu

Tärkein parametri ei ole edes LEDin kirkkaus, vaan sen valotehokkuus , eli valoteho jokaisesta LEDin kuluttamasta sähköenergian watista. Nykyaikaisten LEDien valotehokkuus on 190 lm/W [30] . Tekniikan teoreettiseksi rajaksi on arvioitu yli 300 lm/W [31] [32] . Arvioinnissa tulee ottaa huomioon, että ledeihin perustuvan valaisimen hyötysuhde on merkittävästi alhaisempi johtuen tehonsyötön tehokkuudesta, diffuusorin, heijastimen ja muiden rakenneosien optisista ominaisuuksista. Lisäksi valmistajat ilmoittavat usein emitterin alkutehokkuuden normaalilämpötilassa, kun taas sirun lämpötila nousee merkittävästi käytön aikana. . Tämä johtaa siihen, että emitterin todellinen hyötysuhde on pienempi 5-7%, ja lamppu on usein kaksi kertaa pienempi.

Toinen yhtä tärkeä parametri on LEDin tuottaman valon laatu. Värinlaadun arvioinnissa on kolme parametria:

• Värilämpötila , värikorreloitu lämpötila (korreloitu värilämpötila, CCT) - luonnehtii värisävyä, jonka valmistajat ovat antaneet osoittaakseen subjektiivisen käsityksen lähteen tuottaman valon värisävystä verrattuna Planckin mustaan ​​runkoon, joka on lämmitetty tiettyyn määrään. lämpötila (kelvineinä). Asuintilojen valaisemiseen käytetään pääasiassa lämmintä valoa (2700 K - 3000 K) ja joissakin tapauksissa neutraaleja (3500 K - 4000 K).
• Värintoistoindeksi (CRI) - luonnehtii säteilyspektrin täydellisyyttä, kykyä välittää oikein esineiden väriä verrattuna auringonvaloon. Standardi määrittää sen empiirisesti, kun vertaa kahdeksan testilähteen valaiseman standardin väriä mahdollisimman lähellä ihannetta. Kotitalouksien valaistuksen lähteen uskotaan olevan värintoistoindeksin vähintään 80.
• Valon laatu . Värilämpötila ja värintoistoindeksi eivät monissa tapauksissa pysty välittämään riittävästi LEDien tuottaman valon laatua. Tämä määräytyy pääasiassa spektrin ominaisuuksista, joissa on teräviä huippuja ja laskuja. Joitakin värejä, kuten syvän punaista, ei analysoida CRI-mittausstandardilla. Valon laadun täydellisempään arviointiin otetaan käyttöön uusia menetelmiä, jotka perustuvat esimerkiksi ei kahdeksaan vaan yhdeksään standardiin (lisäksi yhdeksännen punaisen värin standardi R 9 ), värin laatuasteikko (Color Quality Scale). , CQS), joka voi tulevaisuudessa korvata CRI:n [33 ] [34] .

Ultraviolettisäteilijään perustuva fosfori-LED

Jo yleistyneen sinisen LEDin ja YAG:n yhdistelmän lisäksi kehitetään myös ultravioletti-LEDiin perustuvaa suunnittelua. Puolijohdemateriaali, joka pystyy emittoimaan lähellä ultraviolettialuetta [35] , on päällystetty useilla kerroksilla fosforia, joka perustuu europiumiin ja sinkkisulfidiin, joka on aktivoitu kuparilla ja alumiinilla. Tällainen loisteaineseos antaa uudelleenemissiomaksimit spektrin vihreällä, sinisellä ja punaisella alueella. Tuloksena olevalla valkoisella valolla on erittäin hyvät laatuominaisuudet, mutta muunnostehokkuus on edelleen alhainen. Tähän on kolme syytä : ensimmäinen johtuu siitä, että tapahtuman ja emittoivien fotonien energian välinen ero häviää fluoresenssin aikana (siirtyy lämmöksi), ja ultraviolettivirityksen tapauksessa se on paljon suurempi. Toinen syy on se, että osa UV-säteilystä, jota fosfori ei absorboi, ei osallistu valovirran muodostukseen, toisin kuin siniseen emitteriin perustuvat LEDit, ja fosforipinnoitteen paksuuden lisääntyminen johtaa lisääntymiseen. siinä olevan luminesenssivalon absorptiossa. Ja lopuksi, ultravioletti-LED-valojen tehokkuus on paljon pienempi kuin sinisten.

Fosfori-LEDien edut ja haitat

Ottaen huomioon LED-valonlähteiden korkeat kustannukset perinteisiin lamppuihin verrattuna, on hyviä syitä käyttää tällaisia ​​laitteita [36] :

• Valkoisten LEDien tärkein etu on korkea hyötysuhde. Alhainen ominaisenergiankulutus mahdollistaa niiden käytön pitkäaikaisissa autonomisissa ja hätävalaistuslähteissä .
• Korkea luotettavuus ja pitkä käyttöikä antavat meille mahdollisuuden puhua mahdollisista säästöistä lampun vaihdossa. Lisäksi LED-valonlähteiden käyttö vaikeapääsyisissä paikoissa ja ulko-olosuhteissa vähentää ylläpitokustannuksia. Yhdessä korkean hyötysuhteen kanssa saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä käytettäessä LED-valaistusta joissakin sovelluksissa.
• Laitteiden pieni paino ja koko. LEDit ovat kooltaan pieniä ja soveltuvat käytettäväksi vaikeapääsyisissä paikoissa ja pienikokoisissa kannettavissa laitteissa, LCD-näyttöjen taustavalossa , skannereissa ja monissa muissa laitteissa, joissa tarvitaan kompakti valonlähde.
• Ultravioletti- ja infrapunasäteilyn puuttuminen spektristä mahdollistaa LED-valaistuksen käytön vahingoittamatta ihmisiä ja erityistarkoituksiin (esimerkiksi harvinaisten kirjojen tai muiden valon vaikutukselle altistuvien esineiden valaisemiseen), koska ultraviolettisäteily on haitallista ihmisille kankaat, maalaus ja iho sekä infrapunasäteily antavat paljon lämpöä ja voivat aiheuttaa palovammoja [37] . Näkyvän spektrin turvallisuus voidaan kuitenkin myös yliarvioida [38] .
• Erinomainen toiminta ja käynnistys matalissa lämpötiloissa ilman parametrien heikkenemistä mahdollistaa LED-lamppujen käytön katujen ja lämmittämättömien tilojen valaistukseen.
• LEDit ovat inertiattomia valonlähteitä, ne eivät vaadi aikaa lämmetä tai sammua (kuten esimerkiksi loiste- tai kaarilamput), sytytys- ja sammutusjaksojen määrä ei vaikuta haitallisesti niiden luotettavuuteen. Matala inertia mahdollistaa LED-lamppujen ja valaisimien käytön erilaisten liike- tai ääniantureiden kanssa, mikä tarjoaa lisäsäästöjä lampun automaattisen päällekytkennän ansiosta.
• Hyvä mekaaninen lujuus mahdollistaa LEDien käytön ankarissa ympäristöissä.
• Tehonsäätö on helppoa sekä käyttösuhteen että syöttövirran säädön avulla tehokkuutta ja luotettavuutta koskevista parametreista tinkimättä.
• Turvallinen käyttää, ei sähköiskun vaaraa alhaisen syöttöjännitteen vuoksi.
• Alhainen palovaara, kyky käyttää räjähdys- ja palovaarassa hehkuvien elementtien puuttumisen vuoksi.
• Kosteudenkestävyys, kestävyys aggressiivisille ympäristöille.
• Kemiallinen neutraali, ei haitallisia päästöjä eikä erityisiä vaatimuksia hävitysmenetelmille.

Mutta on myös haittoja:

• Tuotannossa olevat valkoiset LEDit ovat paljon kalliimpia ja monimutkaisempia kuin valovirraltaan samanlaiset hehkulamput , vaikka niiden hinta laskee jatkuvasti.
• Halvoilla kopioilla on heikko värilaatu ja alhainen CRI . Korkean CRI:n LEDit ja niihin perustuvat tuotteet ovat kalliimpia.
• On huolestuttavaa LED-lähteiden vaaroista valolle alttiina oleville esineille, kuten taideteoksille. [38] [39] Myös silmävauriot ovat todennäköisiä. [40] On huomattava, että tällaiset lausunnot ja tutkimukset viittaavat yleensä kylmälamppuihin (>5000 K, joiden valo eroaa merkittävästi tavallisesta auringon spektristä).
• Kotitalousvalaisimista teollisuusvalaisimiin vaihdettaessa tarvitaan harkittu ja luotettava jäähdytysjärjestelmä.
• Rajoitettu kyky työskennellä korkeissa ympäristön lämpötiloissa, jotka ovat yli 60–80 °C [41]
• Virta-jännite-ominaisuuden merkittävän epälineaarisuuden vuoksi LEDit eivät saa virtaa suoraan jännitelähteistä ja vaativat melko monimutkaisten erikoisteholähteiden - ajurien käyttöä koko järjestelmän korkean hyötysuhteen ylläpitämiseksi . Kotitalouksien LED-lampuissa muuntaja on rakennettu alustaan, mikä lisää sen jäähdytysvaatimuksia.
• LEDien ja niiden pohjalta rakennettujen lamppujen ja valaisimien käyttöikä riippuu virrantiheydestä ja kiteen lämpötilasta käyttötilassa. Edullisten LED-lamppujen ja -valaisimien valmistajat yliarvioivat usein nämä parametrit, ja siksi niillä on lyhyt käyttöikä.
• LED-lampuilla ei useimmiten ole mahdollisuutta vaihtaa LEDejä ilman erikoistyökalua, ja vian sattuessa koko lamppu on vaihdettava.

LED-valonlähteiden spektrin ja luonnollisen aurinkoenergian välinen ero aiheutti kielteisiä vaikutuksia ihmisten terveyteen, erityisesti kun työskenteltiin tietokoneen kanssa pitkään [42] . Tällaiset valonlähteet vaikuttivat negatiivisesti melatoniinin synteesiin ja vuorokausirytmeihin ; aiheutti uneliaisuutta ja heikensi työn tuottavuutta [43] . Tämä puute on saanut LED-valmistajat etsimään uusia teknologioita, ja turvallisempia LED-valonlähteitä on kehitetty. Valitettavasti Venäjän federaatiossa tähän ongelmaan ei kiinnitetä tarpeeksi huomiota, ja sen seurauksena taloudelliset, mutta vaaralliset LED-lamput ovat yleistyneet, myös oppilaitoksissa - jos on taloudellinen ja turvallinen vaihtoehto [44] .

Valaistus-LED:issä on myös kaikille puolijohdesäteilijöille ominaisia ​​ominaisuuksia, jotka huomioon ottaen voit löytää menestyneimmän sovelluksen, esimerkiksi säteilyn suuntaamisen. LED loistaa vain yhteen suuntaan ilman lisäheijastimia ja diffuusoreita. LED-valaisimet sopivat parhaiten paikallis- ja suuntavalaistukseen.

Valkoisen LED-tekniikan kehitysnäkymät

Valaistustarkoituksiin soveltuvien valkoisten LEDien valmistusteknologioita kehitetään aktiivisesti. Tämän alan tutkimusta vauhdittaa lisääntynyt yleinen kiinnostus. Lupaus merkittävistä energiansäästöistä on investointien houkutteleminen prosessitutkimukseen, teknologian kehittämiseen ja uusien materiaalien etsintään. LEDien ja niihin liittyvien materiaalien valmistajien, puolijohteiden ja valaistustekniikan asiantuntijoiden julkaisujen perusteella on mahdollista tunnistaa tämän alueen kehityspolut:

• Tutki ja etsi tehokkaampia ja laadukkaampia loisteaineita. Loisteaineen muuntokerroin vaikuttaa LEDin kokonaistehokkuuteen, lisäksi reemissiospektri määrää suurelta osin säteilevän valon laadun. Tällä hetkellä suosituimman YAG-loisteaineen hyötysuhde on hieman yli 95 % [45] . Muiden loisteputkien, jotka tarjoavat parhaan valkoisen valon spektrin, hyötysuhde on paljon pienempi. Monien tutkimusten [46] [47] [48] [49] [50] [51] tavoitteena on saada aikaan tehokkaampi, kestävämpi ja haluttu spektri loisteaine .
• Yhdistetyt monikomponenttiset LEDit. Eriväristen puolijohdesirujen yhdistelmän lisäksi ilmestyy LEDejä, jotka sisältävät useita värillisiä siruja ja fosforikomponentin [4] . Tuloksena oleva monisiruinen LED on kirkas ja laadukas, mutta hinta on silti korkea.
• Kvanttipisteisiin perustuvat valkoiset LEDit. Kvanttipisteiden käyttö muuntimena mahdollistaa hyvän valonlaadun LEDin luomisen [52] , mutta tämän menetelmän tehokkuus on edelleen alhainen.
• Puolijohteita emittoivien materiaalien tehokkuuden lisääminen. Suurin tehokkuusreservi on LED-siru. Useimpien puolijohderakenteiden kvanttisaanto ei ylitä 50 %. Toistaiseksi korkein punaisten LEDien hyötysuhde on hieman yli 60 % [53] .
• Siirtyminen halvempiin puolijohderakenteisiin. Galliumnitridiin (GaN) perustuvia epitaksiaalisia rakenteita kasvatetaan perinteisesti safiirialustalla. Muiden materiaalien käyttö pohjana, esimerkiksi piikarbidi, puhdas pii, galliumoksidi [54] , voi merkittävästi alentaa LEDin kustannuksia [55] . Sen lisäksi, että galliumnitridiä yritetään seostaa eri aineilla, tutkimusta tehdään myös muiden puolijohdemateriaalien - ZnSe, InN, AlN, BN - kanssa.
• LEDit ilman loisteainetta, joka perustuu ZnSe-substraatin epitaksiaaliseen rakenteeseen, jonka aktiivinen alue lähettää sinistä valoa ja substraatti samanaikaisesti (johtuen siitä, että sinkkiselenidi  on itsessään tehokas loisteaine) säteilee keltaista valoa [56] .
• LEDit puolijohdesäteilymuuntimilla. Ylimääräinen puolijohdekerros pienemmällä kaistavälillä pystyy absorboimaan osan valoenergiasta, mikä johtaa sekundääriseen säteilyyn alhaisempien energia-arvojen alueella [57] .

Katso myös

• Valodiodi
• LED-valo
• LED valaistus
• LED-nauhavalo

Muistiinpanot

1. ↑ Philips, 2010 , s. 19-20.
2. ↑ Cree MC-E -LEDit, jotka sisältävät punaisia, vihreitä, sinisiä ja valkoisia emittoreita . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
3. ↑ Vishayn VLMx51-LEDit, jotka sisältävät punaisia, oransseja, keltaisia ​​ja valkoisia emittoreita . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
4. ↑ 1 2 3 Cree XB -D ja XM-L moniväriset LEDit . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
5. ↑ Cree XP-C -LEDit, jotka sisältävät kuusi monokromaattista emitteriä . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
6. ↑ Nikiforov S. Puolijohdevalaistuksen "S-luokka" // Komponentit ja tekniikat: aikakauslehti. - 2009. - Nro 6 . - S. 88-91 .
7. ↑ Truson P. Halvardson E. RGB-LEDien edut valaistukseen // Komponentit ja tekniikat: Journal. - 2007. - Nro 2 .
8. ↑ Schubert, 2008 , s. 404.
9. ↑ Nikiforov S. Lämpötila LEDien käyttöiässä ja toiminnassa // Komponentit ja tekniikat: Journal. - 2005. - Nro 9 .
10. ↑ LEDit sisä- ja arkkitehtuurivalaistukseen (eng.) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
11. ↑ Siang Ling Oon. LED-ratkaisut arkkitehtonisiin valaistusjärjestelmiin // Semiconductor lighting engineering: journal. - 2010. - Nro 5 . - S. 18-20 .
12. ↑ RGB-LEDit käytettäväksi elektronisissa tulostauluissa . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
13. ↑ Korkea CRI LED-valaistus | Yuji LED . yujiintl.com. Käyttöpäivä: 3. joulukuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 19. marraskuuta 2016. (määrätön)
14. ↑ Turkin A. Galliumnitridi yhtenä lupaavista materiaaleista modernissa optoelektroniikassa // Komponentit ja tekniikat: lehti. - 2011. - Nro 5 .
15. ↑ Korkean CRI:n merkkivalot . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
16. ↑ Cree 's EasyWhite -teknologia  . LED-lehti. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
17. ↑ Nikiforov S., Arkhipov A. AlGaInN- ja AlGaInP-pohjaisten LEDien kvanttituoton määrittämisen ominaisuudet eri virtatiheyksillä säteilevän kiteen läpi // Komponentit ja tekniikat: päiväkirja. - 2008. - Nro 1 .
18. ↑ Nikiforov S. Nyt elektronit näkyvät: LEDit tekevät sähkövirran erittäin havaittavaksi // Komponentit ja tekniikat: Journal. - 2006. - Nro 3 .
19. ↑ LEDit, joissa on matriisijärjestely, jossa on suuri määrä puolijohdesiruja (eng.) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
20. ↑ Valkoisen LEDin käyttöikä . Yhdysvaltain energiaministeriö. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
21. ↑ LED-vikojen tyypit ja analyysimenetelmät (eng.) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
22. ↑ Schubert, 2008 , s. 61, 77-79.
23. ↑ SemiLEDs LEDit . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
24. ↑ GaN-on-Si-piipohjainen LED-  tutkimusohjelma . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 30. tammikuuta 2012.
25. ↑ Cree Isolated Phosphor Technology . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
26. ↑ Turkin A. Semiconductor LEDs: historia, tosiasiat, näkymät // Semiconductor lighting engineering: Journal. - 2011. - Nro 5 . - S. 28-33 .
27. ↑ Ivanov A. V., Fedorov A. V., Semjonov S. M. Energiansäästölamput, jotka perustuvat kirkkaisiin LEDeihin  // Energiahuolto ja energiansäästö - alueellinen näkökulma: XII Koko Venäjän kokous: raporttimateriaalit. - Tomsk: SPB Graphics, 2011. - S. 74-77 .
28. ↑ Schubert, 2008 , s. 424.
29. ↑ Heijastimet fotonikristallisille LEDeille . johdettu ammattilainen. Käyttöpäivä: 16. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 13. maaliskuuta 2013.  
30. ↑ XLamp XP-  G3 . www.cree.com. Haettu 31. toukokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 31. toukokuuta 2017.
31. ↑ Valotehoiset valkoiset LEDit  valaistustarpeisiin . Phys.Org™. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
32. ↑ Cree rikkoi ensimmäisenä 300 lumenin wattia  kohden . www.cree.com. Haettu 31. toukokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 21. maaliskuuta 2018.
33. ↑ LED-valaistuksen  perusteet . Yhdysvaltain energiaministeriö. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.
34. ↑ Sharakshane A. Asteikot valon spektrikoostumuksen laadun arviointiin - CRI ja CQS // Semiconductor lighting engineering: Journal. - 2011. - Nro 4 .
35. ↑ SemiLED ultraviolettivaloa lähettävät diodit, joiden aallonpituus on 390-420 nm. (englanniksi) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2012.  
36. ↑ Philips, 2010 , s. 4-5.
37. ↑ Tietoja LED -valoista  (linkki ei saavutettavissa)
38. ↑ 1 2 LED-valoa voi olla huono Van Goghin maalauksille . Käyttöpäivä: 20. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 18. maaliskuuta 2013. (määrätön)
39. ↑ Mitä Van Goghista ja LEDeistä on? . Haettu 20. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 22. helmikuuta 2013. (määrätön)
40. ↑ LED-lamput voivat tehdä meistä sokeita . Haettu 26. huhtikuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 29. syyskuuta 2020. (määrätön)
41. ↑ Erikoislamppuja valmistetaan kylpyihin ja saunoihin
42. ↑ Christian Cajochen, Sylvia Frey, Doreen Anders, Jakub Späti, Matthias Bues, Achim Pross, Ralph Mager, Anna Wirz-Justice ja Oliver Stefani. Illalla altistuminen valoa emittoivien diodien (LED) taustavalaistulle tietokoneen näytölle vaikuttaa vuorokausifysiologiaan ja kognitiiviseen suorituskykyyn  // American Physiological Society  Journal of Applied Physiology. - 2011. - toukokuu ( osa 110 , painos 5 ). - s. 1432-1438 . — ISSN 8750-7587 . - doi : 10.1152/japplphysiol.00165.2011 . Arkistoitu alkuperäisestä 18. elokuuta 2019.
43. ↑ V.A. Kaptsov, V.N. Deinego. LED-paneelien valon vaikutuksen riskit käyttäjän terveyteen  // Rospotrebnadzorin lääketieteellisten ja ennaltaehkäisevien terveysriskien hallintatekniikoiden liittovaltion tutkimuskeskus Terveysriskianalyysi. - Perm, 2014. - Elokuu ( nro 4 ). - S. 37-42 . — ISSN 2308-1155 . - doi : 10.21668/health.risk/2014.4.05 . Arkistoitu alkuperäisestä 18. elokuuta 2019. (Venäjän kieli)
44. ↑ V.A. Kaptsov, V.N. Deinego. kevyt ruokavalio. Työturvallisuus ja LED-valaistus  // National Association of Occupational Safety Centers (NASOT) Turvallisuus ja työsuojelu. - Nižni Novgorod, 2015. - Syyskuu ( nro 3 ). - S. 77-80 . Arkistoitu 18. toukokuuta 2021. (Venäjän kieli)
45. ↑ N. P. Soschin. Modernit fotoluminoforit tehokkaisiin puolijohdevalaistuslaitteisiin. Konferenssimateriaalit (1.2.2010). Arkistoitu alkuperäisestä 27. lokakuuta 2012. (Venäjän kieli)
46. ↑ O. E. Dudukalo, V. A. Vorobjov. Yttrium-alumiinigranaattipohjaisen loisteaineen synteesi LEDeihin perustuville valkoisille valonlähteille polttamalla. Konferenssijulkaisut (31. toukokuuta 2011). Käyttöpäivä: 19. lokakuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016. (Venäjän kieli)
47. ↑ Testit loisteaineiden nopeutettua lämpöhajoamista varten  . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.
48. ↑ Tutkimus ja markkinat julkaisivat uuden vuoden 2012 raportin LED-  fosforimateriaaleista . LED-ammattilainen. Haettu 30. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 10. joulukuuta 2012.
49. ↑ Intematix esitteli joukon loisteputkia korkealaatuiseen värien toistoon  (eng.) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.
50. ↑ Lumi -tech ehdottaa SSE-loisteainetta valkoisille LEDeille  . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.
51. ↑ Red Phosphorus by  Intematix . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.
52. ↑ Quantum Dot -LEDit  . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.
53. ↑ Osramin 609 nm :n punainen täysdiodiprototyyppi 61 %:n hyötysuhteella . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.  
54. ↑ LEDit galliumoksidisubstraatilla  . LED-ammattilainen. Haettu 15. helmikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 13. maaliskuuta 2013.
55. ↑ Siirtyminen GaN-on-Si-rakenteeseen  (eng.) . LED-ammattilainen. Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 23. marraskuuta 2012.
56. ↑ Tim Whitaker. Yhteisyritys ZnSe-valkoisten LEDien valmistamiseen  ( 6. joulukuuta 2002). Haettu 10. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 27. lokakuuta 2012.
57. ↑ Schubert, 2008 , s. 426.

Kirjallisuus

• Schubert F.E. LEDit. - M .: Fizmatlit, 2008. - 496 s. - ISBN 978-5-9221-0851-5 .
• Weinert D. LED-valaistus: käsikirja . - Philips, 2010. - 156 s. - ISBN 978-0-615-36061-4 .

Linkit

• Yhdysvaltain energiaministeriön LED-valaistussivusto
• johdettu ammattilainen. Tieteellinen ja tekninen lehti LEDistä ja LED-valaistuksesta, Itävalta
• LED-lehti. Tieteellinen ja tekninen lehti LED-valaistuksesta. USA
• Puolijohdevalotekniikka. Venäläinen lehti LEDistä ja LED-valaistuksesta