LED bianchi. LED bianco

Sono ormai lontani i tempi in cui i LED venivano utilizzati solo come indicatori per l'accensione dei dispositivi. I moderni dispositivi LED possono sostituire completamente le lampade a incandescenza in ambito domestico, industriale e. Ciò è facilitato dalle diverse caratteristiche dei LED, sapendo quali è possibile scegliere l'analogo LED giusto. L'utilizzo dei LED, dati i loro parametri fondamentali, apre molteplici possibilità nel campo dell'illuminazione.

Un diodo emettitore di luce (indicato come LED, LED, LED in inglese) è un dispositivo basato su un cristallo semiconduttore artificiale. Quando viene attraversato da una corrente elettrica, si crea il fenomeno dell'emissione di fotoni che porta ad un bagliore. Questo bagliore ha una gamma spettrale molto ristretta e il suo colore dipende dal materiale semiconduttore.

I LED con emissione rossa e gialla sono realizzati con materiali semiconduttori inorganici a base di arseniuro di gallio, quelli verdi e blu sono realizzati a base di nitruro di indio e gallio. Per aumentare la luminosità del flusso luminoso vengono utilizzati vari additivi oppure viene utilizzato il metodo multistrato, quando tra i semiconduttori viene posto uno strato di nitruro di alluminio puro. Come risultato della formazione di diverse transizioni elettrone-lacuna (p-n) in un cristallo, la luminosità del suo bagliore aumenta.

Esistono due tipi di LED: per indicazione e illuminazione. I primi vengono utilizzati per indicare l'inserimento in rete di vari dispositivi, ma anche come fonti di illuminazione decorativa. Sono diodi colorati posti in un involucro traslucido, ciascuno di essi ha quattro terminali. I dispositivi che emettono luce infrarossa vengono utilizzati nei dispositivi per il controllo remoto di dispositivi (telecomando).

Nel settore dell'illuminazione vengono utilizzati LED che emettono luce bianca. I LED sono classificati in base al colore in bianco freddo, bianco neutro e bianco caldo. Esiste una classificazione dei LED utilizzati per l'illuminazione in base al metodo di installazione. La designazione LED SMD significa che il dispositivo è costituito da un substrato di alluminio o rame su cui è posizionato il cristallo del diodo. Il substrato stesso si trova in un alloggiamento, i cui contatti sono collegati ai contatti del LED.

Un altro tipo di LED è denominato OCB. In un dispositivo del genere, su una scheda sono posizionati molti cristalli rivestiti di fosforo. Grazie a questo design si ottiene un'elevata luminosità del bagliore. Questa tecnologia viene utilizzata nella produzione con un grande flusso luminoso in un'area relativamente piccola. A sua volta, ciò rende la produzione di lampade a LED la più accessibile ed economica.

Nota! Confrontando lampade basate su LED SMD e COB, si nota che le prime possono essere riparate sostituendo un LED guasto. Se una lampada LED COB non funziona, dovrai sostituire l'intera scheda con diodi.

Caratteristiche del LED

Quando si sceglie una lampada a LED adatta per l'illuminazione, è necessario tenere conto dei parametri dei LED. Questi includono tensione di alimentazione, potenza, corrente operativa, efficienza (emissione luminosa), temperatura di incandescenza (colore), angolo di radiazione, dimensioni, periodo di degradazione. Conoscendo i parametri fondamentali sarà possibile selezionare facilmente i dispositivi per ottenere un particolare risultato di illuminazione.

Consumo di corrente del LED

Di norma, per i LED convenzionali viene fornita una corrente di 0,02 A. Tuttavia, ci sono LED con potenza nominale di 0,08 A. Questi LED includono dispositivi più potenti, il cui design prevede quattro cristalli. Si trovano in un edificio. Poiché ciascuno dei cristalli consuma 0,02 A, in totale un dispositivo consumerà 0,08 A.

La stabilità dei dispositivi LED dipende dal valore corrente. Anche un leggero aumento della corrente aiuta a ridurre l'intensità della radiazione (invecchiamento) del cristallo e ad aumentare la temperatura del colore. Ciò alla fine porta i LED a diventare blu e a guastarsi prematuramente. E se la corrente aumenta in modo significativo, il LED si brucia immediatamente.

Per limitare il consumo di corrente, i progetti di lampade e apparecchi di illuminazione a LED includono stabilizzatori di corrente per LED (driver). Convertono la corrente portandola al valore richiesto dai LED. Nel caso in cui sia necessario collegare un LED separato alla rete, è necessario utilizzare resistori limitatori di corrente. La resistenza del resistore per un LED viene calcolata tenendo conto delle sue caratteristiche specifiche.

Consiglio utile! Per scegliere la resistenza giusta è possibile utilizzare il calcolatore della resistenza LED disponibile su Internet.

Tensione del LED

Come scoprire la tensione del LED? Il fatto è che i LED non hanno un parametro di tensione di alimentazione in quanto tale. Viene invece utilizzata la caratteristica di caduta di tensione del LED, ovvero la quantità di tensione emessa dal LED quando la corrente nominale lo attraversa. Il valore di tensione indicato sulla confezione riflette la caduta di tensione. Conoscendo questo valore, puoi determinare la tensione rimanente sul cristallo. È questo valore che viene preso in considerazione nei calcoli.

Dato l'utilizzo di vari semiconduttori per i LED, la tensione per ciascuno di essi può essere diversa. Come scoprire quanti volt è un LED? Puoi determinarlo dal colore dei dispositivi. Ad esempio, per i cristalli blu, verdi e bianchi la tensione è di circa 3 V, per i cristalli gialli e rossi è compresa tra 1,8 e 2,4 V.

Quando si utilizza una connessione parallela di LED di identico valore con un valore di tensione di 2 V, è possibile che si verifichi quanto segue: a causa delle variazioni dei parametri, alcuni diodi emettitori si guastano (si bruciano), mentre altri si illuminano molto debolmente. Ciò accadrà per il fatto che quando la tensione aumenta anche di 0,1 V, la corrente che passa attraverso il LED aumenta di 1,5 volte. Pertanto, è molto importante garantire che la corrente corrisponda alla potenza nominale del LED.

Emissione luminosa, angolo del fascio e potenza del LED

Il flusso luminoso dei diodi viene confrontato con altre sorgenti luminose, tenendo conto dell'intensità della radiazione emessa. Gli apparecchi di circa 5 mm di diametro producono da 1 a 5 lumen di luce. Mentre il flusso luminoso di una lampada ad incandescenza da 100W è di 1000 lm. Ma nel confronto è necessario tenere conto del fatto che una lampada normale ha una luce diffusa, mentre un LED ha una luce direzionale. Occorre quindi tenere conto dell'angolo di dispersione dei LED.

L'angolo di diffusione dei diversi LED può variare da 20 a 120 gradi. Quando sono illuminati, i LED producono una luce più brillante al centro e riducono l'illuminazione verso i bordi dell'angolo di dispersione. Pertanto, i LED illuminano meglio uno spazio specifico consumando meno energia. Tuttavia, se è necessario aumentare l'area di illuminazione, nella progettazione della lampada vengono utilizzate lenti divergenti.

Come determinare la potenza dei LED? Per determinare la potenza di una lampada LED necessaria per sostituire una lampada a incandescenza, è necessario applicare un coefficiente 8. Pertanto, è possibile sostituire una lampada convenzionale da 100 W con un dispositivo LED con una potenza di almeno 12,5 W (100 W/8 ). Per comodità è possibile utilizzare i dati della tabella di corrispondenza tra la potenza delle lampade ad incandescenza e le sorgenti luminose a LED:

Quando si utilizzano i LED per l'illuminazione, è molto importante l'indicatore di efficienza, che è determinato dal rapporto tra il flusso luminoso (lm) e la potenza (W). Confrontando questi parametri per diverse sorgenti luminose, scopriamo che l'efficienza di una lampada a incandescenza è di 10-12 lm/W, di una lampada fluorescente è di 35-40 lm/W e di una lampada a LED è di 130-140 lm/W.

Temperatura di colore delle sorgenti LED

Uno dei parametri importanti delle sorgenti LED è la temperatura di incandescenza. L'unità di misura di questa quantità è il grado Kelvin (K). Va notato che tutte le sorgenti luminose sono divise in tre classi in base alla loro temperatura di incandescenza, tra cui il bianco caldo ha una temperatura di colore inferiore a 3300 K, il bianco diurno - da 3300 a 5300 K e il bianco freddo oltre 5300 K.

Nota! La percezione confortevole della radiazione LED da parte dell'occhio umano dipende direttamente dalla temperatura di colore della sorgente LED.

La temperatura del colore è solitamente indicata sull'etichetta delle lampade LED. È designato da un numero di quattro cifre e dalla lettera K. La scelta delle lampade a LED con una determinata temperatura di colore dipende direttamente dalle caratteristiche del suo utilizzo per l'illuminazione. La tabella seguente mostra le opzioni per l'utilizzo di sorgenti LED con diverse temperature di incandescenza:

La natura ondulatoria del colore consente di esprimere la temperatura di colore dei LED utilizzando la lunghezza d'onda. La marcatura di alcuni dispositivi LED riflette la temperatura del colore esattamente sotto forma di un intervallo di diverse lunghezze d'onda. La lunghezza d'onda è designata λ e viene misurata in nanometri (nm).

Dimensioni standard dei LED SMD e loro caratteristiche

Considerando la dimensione dei LED SMD, i dispositivi vengono classificati in gruppi con caratteristiche diverse. I LED più diffusi con dimensioni standard sono 3528, 5050, 5730, 2835, 3014 e 5630. Le caratteristiche dei LED SMD variano a seconda della dimensione. Pertanto, diversi tipi di LED SMD differiscono per luminosità, temperatura di colore e potenza. Nelle marcature LED, le prime due cifre indicano la lunghezza e la larghezza del dispositivo.

Parametri di base dei LED SMD 2835

Le caratteristiche principali dei LED SMD 2835 includono una maggiore area di radiazione. Rispetto al dispositivo SMD 3528, che ha una superficie di lavoro rotonda, l'area di radiazione SMD 2835 ha una forma rettangolare, che contribuisce ad una maggiore emissione luminosa con un'altezza dell'elemento inferiore (circa 0,8 mm). Il flusso luminoso di tale dispositivo è di 50 lm.

L'alloggiamento del LED SMD 2835 è realizzato in polimero resistente al calore e può resistere a temperature fino a 240°C. Va notato che la degradazione delle radiazioni in questi elementi è inferiore al 5% su 3000 ore di funzionamento. Inoltre il dispositivo presenta una resistenza termica della giunzione cristallo-substrato piuttosto bassa (4 C/W). La corrente operativa massima è 0,18 A, la temperatura del cristallo è 130°C.

A seconda del colore della luce, ci sono bianco caldo con una temperatura di luce di 4000 K, bianco diurno - 4800 K, bianco puro - da 5000 a 5800 K e bianco freddo con una temperatura di colore di 6500-7500 K. Vale la pena tenendo presente che il flusso luminoso massimo è per dispositivi con luce bianca fredda, il minimo è per LED bianchi caldi. Il design del dispositivo presenta cuscinetti di contatto allargati, che favoriscono una migliore dissipazione del calore.

Consiglio utile! I LED SMD 2835 possono essere utilizzati per qualsiasi tipo di installazione.

Caratteristiche dei LED SMD 5050

Il design dell'alloggiamento SMD 5050 contiene tre LED dello stesso tipo. Le sorgenti LED di colore blu, rosso e verde hanno caratteristiche tecniche simili ai cristalli SMD 3528. La corrente di funzionamento di ciascuno dei tre LED è 0,02 A, quindi la corrente totale dell'intero dispositivo è 0,06 A. Per garantire che i LED non si guastino, si consiglia di non superare questo valore.

I dispositivi LED SMD 5050 hanno una tensione diretta di 3-3,3 V e un'emissione luminosa (flusso di rete) di 18-21 lm. La potenza di un LED è la somma di tre valori di potenza di ciascun cristallo (0,7 W) e ammonta a 0,21 W. Il colore del bagliore emesso dai dispositivi può essere bianco in tutte le tonalità, verde, blu, giallo e multicolore.

La disposizione ravvicinata di LED di diversi colori in un unico pacchetto SMD 5050 ha consentito di implementare LED multicolori con controllo separato di ciascun colore. Per regolare gli apparecchi di illuminazione utilizzando LED SMD 5050, vengono utilizzati controller, in modo che il colore della luce possa essere cambiato senza problemi da uno all'altro dopo un determinato periodo di tempo. In genere, tali dispositivi hanno diverse modalità di controllo e possono regolare la luminosità dei LED.

Caratteristiche tipiche del LED SMD 5730

I LED SMD 5730 sono moderni rappresentanti dei dispositivi LED, il cui alloggiamento ha dimensioni geometriche di 5,7x3 mm. Appartengono ai LED ultraluminosi, le cui caratteristiche sono stabili e qualitativamente diverse dai parametri dei loro predecessori. Realizzati utilizzando nuovi materiali, questi LED sono caratterizzati da una maggiore potenza e da un flusso luminoso altamente efficiente. Inoltre, possono funzionare in condizioni di elevata umidità, sono resistenti agli sbalzi di temperatura e alle vibrazioni e hanno una lunga durata.

Esistono due tipi di dispositivi: SMD 5730-0,5 con una potenza di 0,5 W e SMD 5730-1 con una potenza di 1 W. Una caratteristica distintiva dei dispositivi è la capacità di funzionare con corrente pulsata. La corrente nominale di SMD 5730-0,5 è 0,15 A; durante il funzionamento a impulsi, il dispositivo può sopportare correnti fino a 0,18 A. Questa tipologia di LED fornisce un flusso luminoso fino a 45 lm.

I LED SMD 5730-1 funzionano a una corrente costante di 0,35 A, in modalità pulsata - fino a 0,8 A. L'efficienza dell'emissione luminosa di tale dispositivo può arrivare fino a 110 lm. Grazie al polimero resistente al calore, il corpo del dispositivo può resistere a temperature fino a 250°C. L'angolo di dispersione di entrambi i tipi di SMD 5730 è di 120 gradi. Il grado di degrado del flusso luminoso è inferiore all'1% durante il funzionamento per 3000 ore.

Specifiche LED Cree

La società Cree (USA) è impegnata nello sviluppo e nella produzione di LED ultraluminosi e potenti. Uno dei gruppi di LED Cree è rappresentato dalla serie di dispositivi Xlamp, che si dividono in single-chip e multi-chip. Una delle caratteristiche delle sorgenti monocristalline è la distribuzione della radiazione lungo i bordi del dispositivo. Questa innovazione ha permesso di produrre lampade con un ampio angolo luminoso utilizzando un numero minimo di cristalli.

Nella serie di sorgenti LED XQ-E High Intensity, l'angolo del fascio varia da 100 a 145 gradi. Avendo dimensioni geometriche ridotte di 1,6x1,6 mm, la potenza dei LED ultraluminosi è di 3 Volt e il flusso luminoso è di 330 lm. Questo è uno degli sviluppi più recenti di Cree. Tutti i LED, il cui design è sviluppato sulla base di un singolo cristallo, hanno una resa cromatica di alta qualità entro CRE 70-90.

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Cree ha rilasciato diverse versioni di dispositivi LED multi-chip con gli ultimi tipi di alimentazione da 6 a 72 Volt. I LED multichip sono divisi in tre gruppi, che comprendono dispositivi ad alta tensione, con potenza fino a 4W e superiore a 4W. Le sorgenti fino a 4 W contengono 6 cristalli in alloggiamenti di tipo MX e ML. L'angolo di dispersione è di 120 gradi. Puoi acquistare LED Cree di questo tipo con colori bianchi caldi e freddi.

Consiglio utile! Nonostante l'elevata affidabilità e qualità della luce, è possibile acquistare potenti LED delle serie MX e ML ad un prezzo relativamente basso.

Il gruppo superiore a 4W comprende LED costituiti da diversi cristalli. I più grandi del gruppo sono i dispositivi da 25 W rappresentati dalla serie MT-G. Il nuovo prodotto dell'azienda sono i LED modello XHP. Uno dei dispositivi LED di grandi dimensioni ha un corpo di 7x7 mm, la sua potenza è di 12W e l'emissione luminosa è di 1710 lm. I LED ad alta tensione combinano dimensioni ridotte ed elevata emissione luminosa.

Schemi di collegamento dei LED

Esistono alcune regole per il collegamento dei LED. Tenendo conto del fatto che la corrente che passa attraverso il dispositivo si muove solo in una direzione, per un funzionamento stabile e a lungo termine dei dispositivi LED è importante tenere conto non solo di una certa tensione, ma anche del valore di corrente ottimale.

Schema di collegamento per LED alla rete 220V

A seconda della fonte di alimentazione utilizzata, esistono due tipi di circuiti per il collegamento dei LED a 220V. In uno dei casi viene utilizzato con corrente limitata, nel secondo - uno speciale che stabilizza la tensione. La prima opzione tiene conto dell'uso di una fonte speciale con una certa intensità di corrente. In questo circuito non è richiesto un resistore e il numero di LED collegati è limitato dalla potenza del driver.

Per designare i LED nello schema, vengono utilizzati due tipi di pittogrammi. Sopra ogni immagine schematica ci sono due piccole frecce parallele che puntano verso l'alto. Simboleggiano il bagliore luminoso del dispositivo LED. Prima di collegare il LED alla rete 220V utilizzando un alimentatore, è necessario includere una resistenza nel circuito. Se questa condizione non viene soddisfatta, ciò porterà al fatto che la durata del LED sarà notevolmente ridotta o semplicemente si guasterà.

Se si utilizza un alimentatore durante il collegamento, solo la tensione nel circuito sarà stabile. Considerando la insignificante resistenza interna di un dispositivo LED, l'accensione senza limitatore di corrente porterà alla bruciatura del dispositivo. Per questo motivo nel circuito di commutazione del LED viene introdotta una resistenza corrispondente. Va notato che i resistori hanno valori diversi, quindi devono essere calcolati correttamente.

Consiglio utile! L'aspetto negativo dei circuiti per il collegamento di un LED a una rete a 220 Volt mediante un resistore è la dissipazione di elevata potenza quando è necessario collegare un carico con maggiore consumo di corrente. In questo caso, il resistore viene sostituito con un condensatore di spegnimento.

Come calcolare la resistenza di un LED

Quando si calcola la resistenza per un LED, sono guidati dalla formula:

U = IxR,

dove U è la tensione, I è la corrente, R è la resistenza (legge di Ohm). Diciamo che devi collegare un LED con i seguenti parametri: 3 V - tensione e 0,02 A - corrente. Affinché quando si collega un LED a 5 Volt all'alimentatore non si guasti, è necessario rimuovere i 2 V extra (5-3 = 2 V). Per fare ciò, è necessario includere nel circuito un resistore con una certa resistenza, che viene calcolata utilizzando la legge di Ohm:

R = U/I.

Pertanto, il rapporto tra 2 V e 0,02 A sarà 100 Ohm, ovvero Questo è esattamente il resistore necessario.

Accade spesso che, dati i parametri dei LED, la resistenza del resistore abbia un valore non standard per il dispositivo. Tali limitatori di corrente non possono essere trovati nei punti vendita, ad esempio 128 o 112,8 ohm. Quindi dovresti usare resistori la cui resistenza è il valore più vicino rispetto al valore calcolato. In questo caso i led non funzioneranno a pieno regime, ma solo al 90-97%, ma questo risulterà invisibile alla vista ed influirà positivamente sulla vita del dispositivo.

Esistono molte opzioni per i calcolatori per il calcolo dei LED su Internet. Tengono conto dei parametri principali: caduta di tensione, corrente nominale, tensione di uscita, numero di dispositivi nel circuito. Specificando i parametri dei dispositivi LED e delle sorgenti di corrente nel campo del modulo, è possibile scoprire le caratteristiche corrispondenti dei resistori. Per determinare la resistenza dei limitatori di corrente con codice colore, esistono anche calcoli online di resistori per LED.

Schemi per il collegamento parallelo e seriale dei LED

Quando si assemblano strutture da diversi dispositivi LED, vengono utilizzati circuiti per il collegamento dei LED a una rete a 220 Volt con una connessione seriale o parallela. Allo stesso tempo, per un corretto collegamento, è necessario tenere presente che quando i LED sono collegati in serie, la tensione richiesta è la somma delle cadute di tensione di ciascun dispositivo. Mentre quando i LED sono collegati in parallelo, la potenza attuale viene sommata.

Se i circuiti utilizzano dispositivi LED con parametri diversi, per un funzionamento stabile è necessario calcolare separatamente il resistore per ciascun LED. Va notato che non esistono due LED esattamente uguali. Anche i dispositivi dello stesso modello presentano piccole differenze nei parametri. Ciò porta al fatto che quando un gran numero di essi è collegato in un circuito in serie o in parallelo con un resistore, possono degradarsi e guastarsi rapidamente.

Nota! Quando si utilizza un resistore in un circuito parallelo o in serie, è possibile collegare solo dispositivi LED con caratteristiche identiche.

La discrepanza nei parametri quando si collegano più LED in parallelo, diciamo 4-5 pezzi, non influirà sul funzionamento dei dispositivi. Ma se colleghi molti LED a un circuito del genere, sarà una decisione sbagliata. Anche se le sorgenti LED presentano una leggera variazione nelle caratteristiche, ciò farà sì che alcuni dispositivi emettano una luce intensa e si brucino rapidamente, mentre altri si illumineranno debolmente. Pertanto, quando si collega in parallelo, è necessario utilizzare sempre un resistore separato per ciascun dispositivo.

Per quanto riguarda la connessione in serie, qui c'è un consumo economico, poiché l'intero circuito consuma una quantità di corrente pari al consumo di un LED. In un circuito in parallelo il consumo è la somma dei consumi di tutte le sorgenti LED comprese nel circuito.

Come collegare i LED a 12 Volt

Nella progettazione di alcuni dispositivi, in fase di produzione vengono forniti resistori che consentono di collegare i LED a 12 Volt o 5 Volt. Tuttavia, tali dispositivi non sono sempre disponibili in vendita. Pertanto, nel circuito per il collegamento dei LED a 12 volt, viene fornito un limitatore di corrente. Il primo passo è scoprire le caratteristiche dei LED collegati.

Un parametro come la caduta di tensione diretta per i tipici dispositivi LED è di circa 2 V. La corrente nominale di questi LED corrisponde a 0,02A. Se è necessario collegare un LED di questo tipo a 12 V, i 10 V “extra” (12 meno 2) devono essere spenti con un resistore limitatore. Usando la legge di Ohm puoi calcolarne la resistenza. Otteniamo che 10/0,02 = 500 (Ohm). Pertanto, è necessario un resistore con un valore nominale di 510 Ohm, che è il più vicino nella gamma dei componenti elettronici E24.

Affinché un tale circuito funzioni stabilmente, è anche necessario calcolare la potenza del limitatore. Utilizzando la formula in base alla quale la potenza è uguale al prodotto di tensione e corrente, ne calcoliamo il valore. Moltiplichiamo una tensione di 10 V per una corrente di 0,02 A e otteniamo 0,2 W. Pertanto, è necessario un resistore, la cui potenza nominale standard è 0,25 W.

Se è necessario includere due dispositivi LED nel circuito, è necessario tenere conto del fatto che la tensione caduta su di essi sarà già di 4 V. Di conseguenza, il resistore dovrà spegnere non 10 V, ma 8 V. Di conseguenza, l'ulteriore calcolo della resistenza e della potenza del resistore viene effettuato in base a questo valore. La posizione del resistore nel circuito può essere fornita ovunque: sul lato dell'anodo, sul lato del catodo, tra i LED.

Come testare un LED con un multimetro

Un modo per verificare le condizioni operative dei LED è testare con un multimetro. Questo dispositivo può diagnosticare LED di qualsiasi tipo. Prima di controllare il LED con un tester, l'interruttore del dispositivo viene impostato in modalità "test" e le sonde vengono applicate ai terminali. Quando la sonda rossa è collegata all'anodo e la sonda nera al catodo, il cristallo dovrebbe emettere luce. Se la polarità è invertita, il display del dispositivo dovrebbe visualizzare “1”.

Consiglio utile! Prima di testare la funzionalità del LED, si consiglia di attenuare l'illuminazione principale, poiché durante il test la corrente è molto bassa e il LED emetterà luce così debolmente che con l'illuminazione normale potrebbe non essere visibile.

Il test dei dispositivi LED può essere eseguito senza utilizzare sonde. Per fare ciò, inserire l'anodo nei fori situati nell'angolo inferiore del dispositivo nel foro con il simbolo "E" e il catodo nel foro con l'indicatore "C". Se il LED è funzionante, dovrebbe accendersi. Questo metodo di prova è adatto per LED con contatti sufficientemente lunghi e privi di saldature. Con questo metodo di controllo la posizione dell'interruttore non ha importanza.

Come controllare i LED con un multimetro senza dissaldare? Per fare ciò, è necessario saldare pezzi di una normale graffetta alle sonde del tester. Come isolante è adatta una guarnizione in textolite, che viene posizionata tra i fili e poi trattata con nastro isolante. L'uscita è una sorta di adattatore per il collegamento delle sonde. Le clip scattano bene e sono fissate saldamente nei connettori. In questa forma è possibile collegare le sonde ai LED senza rimuoverle dal circuito.

Cosa puoi fare dai LED con le tue mani?

Molti radioamatori si esercitano nell'assemblare vari progetti dai LED con le proprie mani. I prodotti autoassemblati non sono di qualità inferiore e talvolta superano addirittura le loro controparti fabbricate. Questi possono essere dispositivi a colori e musicali, design a LED lampeggianti, luci di marcia a LED fai-da-te e molto altro.

Gruppo stabilizzatore di corrente fai da te per LED

Per evitare che la vita del LED si esaurisca prima del previsto, è necessario che la corrente che lo attraversa abbia un valore stabile. È noto che i LED rossi, gialli e verdi possono far fronte a un maggiore carico di corrente. Mentre le sorgenti LED blu-verdi e bianche, anche con un leggero sovraccarico, si bruciano in 2 ore. Pertanto, affinché il LED funzioni normalmente, è necessario risolvere il problema relativo all'alimentazione.

Se assembli una catena di LED collegati in serie o in parallelo, puoi fornire loro la stessa radiazione se la corrente che li attraversa ha la stessa intensità. Inoltre, gli impulsi di corrente inversa possono influire negativamente sulla vita delle sorgenti LED. Per evitare che ciò accada è necessario includere nel circuito uno stabilizzatore di corrente per i LED.

Le caratteristiche qualitative delle lampade a LED dipendono dal driver utilizzato, un dispositivo che converte la tensione in una corrente stabilizzata con un valore specifico. Molti radioamatori assemblano con le proprie mani un circuito di alimentazione LED a 220 V basato sul microcircuito LM317. Gli elementi per un tale circuito elettronico sono a basso costo e tale stabilizzatore è facile da costruire.

Quando si utilizza uno stabilizzatore di corrente su LM317 per LED, la corrente viene regolata entro 1 A. Un raddrizzatore basato su LM317L stabilizza la corrente a 0,1 A. Il circuito del dispositivo utilizza solo un resistore. Viene calcolato utilizzando un calcolatore di resistenza LED online. I dispositivi disponibili sono adatti per l'alimentazione: alimentatori da stampante, laptop o altri dispositivi elettronici di consumo. Non è redditizio assemblare da soli circuiti più complessi, poiché sono più facili da acquistare già pronti.

DRL LED fai da te

L'uso delle luci di marcia diurna (DRL) sulle automobili aumenta significativamente la visibilità dell'auto durante le ore diurne da parte degli altri utenti della strada. Molti appassionati di auto praticano l'autoassemblaggio delle luci diurne utilizzando i LED. Una delle opzioni è un dispositivo DRL da 5-7 LED con una potenza di 1W e 3W per ciascun blocco. Se si utilizzano sorgenti LED meno potenti, il flusso luminoso non soddisferà gli standard per tali luci.

Consiglio utile! Quando crei DRL con le tue mani, prendi in considerazione i requisiti di GOST: flusso luminoso 400-800 cd, angolo luminoso sul piano orizzontale - 55 gradi, sul piano verticale - 25 gradi, area - 40 cm².

Per la base è possibile utilizzare una scheda in profilo di alluminio con cuscinetti per il montaggio dei LED. I LED sono fissati alla scheda tramite un adesivo termoconduttivo. Le ottiche vengono selezionate in base alla tipologia delle sorgenti LED. In questo caso sono adatte lenti con un angolo luminoso di 35 gradi. Le lenti sono installate su ciascun LED separatamente. I cavi vengono instradati in qualsiasi direzione conveniente.

Successivamente viene realizzato un alloggiamento per le luci diurne che funge anche da radiatore. Per questo è possibile utilizzare un profilo a forma di U. Il modulo LED finito viene posizionato all'interno del profilo, fissato con viti. Tutto lo spazio libero può essere riempito con sigillante trasparente a base siliconica, lasciando in superficie solo le lenti. Questo rivestimento fungerà da barriera contro l'umidità.

Il collegamento del DRL all'alimentazione richiede l'uso obbligatorio di un resistore, la cui resistenza è precalcolata e testata. I metodi di connessione possono variare a seconda del modello di auto. Gli schemi di collegamento possono essere trovati su Internet.

Come far lampeggiare i LED

I LED lampeggianti più popolari, che possono essere acquistati già pronti, sono dispositivi controllati dal livello di potenziale. Il lampeggio del cristallo avviene a causa di una variazione di alimentazione ai terminali del dispositivo. Pertanto, un dispositivo LED bicolore rosso-verde emette luce a seconda della direzione della corrente che lo attraversa. L'effetto lampeggiante nel LED RGB si ottiene collegando tre pin di controllo separati a un sistema di controllo specifico.

Ma puoi far lampeggiare un normale LED monocolore, avendo un minimo di componenti elettronici nel tuo arsenale. Prima di realizzare un LED lampeggiante, è necessario scegliere un circuito di lavoro semplice e affidabile. È possibile utilizzare un circuito LED lampeggiante, che sarà alimentato da una sorgente a 12 V.

Il circuito è costituito da un transistor a bassa potenza Q1 (è adatto il KTZ 315 al silicio ad alta frequenza o i suoi analoghi), un resistore R1 820-1000 Ohm, un condensatore C1 da 16 volt con una capacità di 470 μF e una sorgente LED. Quando il circuito viene acceso, il condensatore viene caricato a 9-10 V, dopodiché il transistor si apre per un attimo e trasferisce l'energia accumulata al LED, che inizia a lampeggiare. Questo circuito può essere implementato solo se alimentato da una sorgente a 12V.

Puoi assemblare un circuito più avanzato che funziona in modo simile a un multivibratore a transistor. Il circuito comprende transistor KTZ 102 (2 pz.), resistori R1 e R4 da 300 Ohm ciascuno per limitare la corrente, resistori R2 e R3 da 27000 Ohm ciascuno per impostare la corrente di base dei transistor, condensatori polari da 16 volt (2 pz. .con capacità di 10 uF) e due sorgenti LED. Questo circuito è alimentato da una sorgente di tensione da 5 V CC.

Il circuito funziona secondo il principio della "coppia Darlington": i condensatori C1 e C2 vengono caricati e scaricati alternativamente, provocando l'apertura di un particolare transistor. Quando un transistor fornisce energia a C1, un LED si accende. Successivamente, C2 viene caricato senza problemi e la corrente di base di VT1 viene ridotta, il che porta alla chiusura di VT1 e all'apertura di VT2 e all'accensione di un altro LED.

Consiglio utile! Se si utilizza una tensione di alimentazione superiore a 5V, sarà necessario utilizzare resistori di valore diverso per evitare guasti ai LED.

Assemblaggio musicale a colori LED fai-da-te

Per implementare circuiti musicali a colori abbastanza complessi sui LED con le tue mani, devi prima capire come funziona il circuito musicale a colori più semplice. È costituito da un transistor, un resistore e un dispositivo LED. Tale circuito può essere alimentato da una sorgente nominale da 6 a 12V. Il funzionamento del circuito avviene grazie all'amplificazione in cascata con un radiatore comune (emettitore).

La base VT1 riceve un segnale con ampiezza e frequenza variabili. Quando le fluttuazioni del segnale superano una soglia specificata, il transistor si apre e il LED si accende. Lo svantaggio di questo schema è la dipendenza del lampeggiamento dall'intensità del segnale sonoro. Pertanto, l'effetto della musica a colori apparirà solo a un certo livello di volume del suono. Se aumenti il ​​suono. Il LED sarà sempre acceso e quando diminuisce lampeggerà leggermente.

Per ottenere un effetto completo, utilizzano un circuito musicale a colori utilizzando LED, dividendo la gamma sonora in tre parti. Il circuito con un convertitore audio a tre canali è alimentato da una sorgente da 9 V. Un numero enorme di schemi musicali a colori può essere trovato su Internet in vari forum di radioamatori. Questi possono essere schemi musicali a colori che utilizzano una striscia monocolore, una striscia LED RGB, nonché uno schema per accendere e spegnere i LED senza problemi. Puoi anche trovare schemi delle luci a LED funzionanti online.

Design dell'indicatore di tensione LED fai-da-te

Il circuito indicatore di tensione comprende il resistore R1 (resistenza variabile 10 kOhm), resistori R1, R2 (1 kOhm), due transistor VT1 KT315B, VT2 KT361B, tre LED: HL1, HL2 (rosso), HLЗ (verde). X1, X2 – Alimentatori da 6 volt. In questo circuito si consiglia di utilizzare dispositivi LED con una tensione di 1,5 V.

L'algoritmo di funzionamento di un indicatore di tensione a LED fatto in casa è il seguente: quando viene applicata la tensione, la sorgente LED verde centrale si accende. In caso di caduta di tensione si accende il led rosso posto a sinistra. Un aumento della tensione fa accendere il LED rosso a destra. Con il resistore in posizione centrale, tutti i transistor saranno in posizione chiusa e la tensione fluirà solo al LED verde centrale.

Il transistor VT1 si apre quando il cursore del resistore viene spostato verso l'alto, aumentando così la tensione. In questo caso, l'alimentazione di tensione a HL3 si interrompe e viene fornita a HL1. Quando il cursore si sposta verso il basso (la tensione diminuisce), il transistor VT1 si chiude e VT2 si apre, che fornirà alimentazione al LED HL2. Con un leggero ritardo, il LED HL1 si spegnerà, HL3 lampeggerà una volta e HL2 si accenderà.

Un tale circuito può essere assemblato utilizzando componenti radio di apparecchiature obsolete. Alcuni lo assemblano su una tavola di textolite, osservando una scala 1:1 con le dimensioni delle parti in modo che tutti gli elementi possano adattarsi alla tavola.

Il potenziale illimitato dell'illuminazione a LED consente di progettare autonomamente vari dispositivi di illuminazione a LED con caratteristiche eccellenti e costi piuttosto bassi.

Ecologia del consumo. Scienza e tecnologia: che tipo di illuminazione è necessaria per ottenere una pianta completamente sviluppata, grande, profumata e gustosa con un consumo energetico moderato?

L'intensità della fotosintesi sotto la luce rossa è massima, ma solo sotto la luce rossa le piante muoiono o il loro sviluppo viene interrotto. Ad esempio, i ricercatori coreani hanno dimostrato che quando viene illuminata con il rosso puro, la massa della lattuga coltivata è maggiore rispetto a quando viene illuminata con una combinazione di rosso e blu, ma le foglie contengono significativamente meno clorofilla, polifenoli e antiossidanti. E la Facoltà di Biologia dell'Università Statale di Mosca ha stabilito che nelle foglie del cavolo cinese sotto luce rossa e blu a banda stretta (rispetto all'illuminazione con lampada al sodio), la sintesi degli zuccheri è ridotta, la crescita è inibita e la fioritura no verificarsi.

Riso. 1 Leanna Garfield Tech Insider - Aerofarm

Che tipo di illuminazione è necessaria per ottenere una pianta completamente sviluppata, grande, profumata e gustosa con un consumo energetico moderato?

Come valutare l'efficienza energetica di una lampada?

Metriche di base per valutare l’efficienza energetica di phytolight:

• Flusso di fotoni fotosintetici (PPF), in micromoli per joule, cioè nel numero di quanti di luce nell'intervallo 400–700 nm emessi da una lampada che consumava 1 J di elettricità.
• Rendimento del flusso di fotoni (YPF), in micromoli effettive per joule, cioè nel numero di quanti per 1 J di elettricità, tenendo conto del moltiplicatore - la curva McCree.

PPF risulta sempre un po' più alto di YPF(curva McCree normalizzato a uno e nella maggior parte dell'intervallo inferiore a uno), quindi la prima metrica è vantaggiosa per i venditori di lampade. La seconda metrica è più vantaggiosa da utilizzare per gli acquirenti, poiché valuta in modo più adeguato l’efficienza energetica.

Efficienza del DNAT

Le grandi imprese agricole con una vasta esperienza e contando il denaro utilizzano ancora lampade al sodio. Sì, accettano volentieri di appendere le lampade a LED fornite loro sui letti sperimentali, ma non accettano di pagarle.

Dalla fig. 2 mostra che l'efficienza di una lampada al sodio dipende fortemente dalla potenza e raggiunge un massimo a 600 W. Valore ottimistico caratteristico YPF per una lampada al sodio 600–1000 W è 1,5 eff. µmol/J. Le lampade al sodio da 70–150 W sono una volta e mezza meno efficienti.

Riso. 2. Spettro tipico di una lampada al sodio per piante (Sinistra). Efficienza in lumen per watt e in micromoli efficaci delle marche commerciali di luci per serre al sodio Cavita, E-Papillon, "Galad" e "Reflex" (sulla destra)

Qualsiasi lampada a LED con efficienza 1,5 eff. µmol/W e un prezzo ragionevole, possono essere considerate un degno sostituto di una lampada al sodio.

La discutibile efficacia dei phytolight rosso-blu

In questo articolo non presentiamo gli spettri di assorbimento della clorofilla perché non è corretto farvi riferimento in una discussione sull'utilizzo del flusso luminoso da parte di una pianta vivente. Clorofilla in vitro, isolato e purificato, assorbe realmente solo la luce rossa e blu. In una cellula vivente, i pigmenti assorbono la luce nell’intero intervallo compreso tra 400 e 700 nm e trasferiscono la sua energia alla clorofilla. L'efficienza energetica della luce in un foglio è determinata dalla curva " McCree 1972"(Fig. 3).

Riso. 3. V(λ) - curva di visibilità per l'uomo; RQE- efficienza quantica relativa dell'impianto ( McCree 1972); σ R E σ fr- curve di assorbimento della luce rossa e far-red da parte del fitocromo; B(λ) - efficienza fototropica della luce blu

Nota: l'efficienza massima nella zona rossa è una volta e mezza superiore all'efficienza minima nella zona verde. E se si calcola la media dell'efficienza su una banda piuttosto ampia, la differenza diventa ancora meno evidente. In pratica, la ridistribuzione di parte dell'energia dalla gamma del rosso a quella del verde talvolta, al contrario, esalta la funzione energetica della luce. La luce verde passa attraverso lo spessore delle foglie fino ai livelli inferiori, l'area fogliare effettiva della pianta aumenta notevolmente e aumenta la resa, ad esempio, della lattuga.

Nel lavoro è stata studiata la fattibilità energetica di impianti di illuminazione con comuni lampade LED a luce bianca.

La forma caratteristica dello spettro di un LED bianco è determinata da:

• l'equilibrio delle onde corte e lunghe, in correlazione con la temperatura del colore (Fig. 4, a sinistra);
• il grado di occupazione spettrale, che è correlato alla resa cromatica (Fig. 4, a destra).

Riso. 4. Spettri di luce LED bianca con la stessa resa cromatica, ma diversa temperatura di colore CCT (Sinistra) e con la stessa temperatura di colore e resa cromatica diversa RA(sulla destra)

Le differenze nello spettro dei diodi bianchi con la stessa resa cromatica e la stessa temperatura di colore sono sottili. Di conseguenza, possiamo valutare i parametri dipendenti dallo spettro solo dalla temperatura del colore, dalla resa cromatica e dall'efficienza luminosa, parametri che sono scritti sull'etichetta di una lampada a luce bianca convenzionale.

I risultati dell'analisi degli spettri dei LED bianchi seriali sono i seguenti:

1. Nello spettro di tutti i LED bianchi, anche con una temperatura di colore bassa e una resa cromatica massima, come le lampade al sodio, c'è pochissimo rosso lontano (Fig. 5).

Riso. 5. Spettro LED bianco ( GUIDATO 4000K RA= 90) e luce al sodio ( HPS) in confronto con le funzioni spettrali della sensibilità delle piante al blu ( B), rosso ( A_r) e luce rossa lontana ( A_fr)

In condizioni naturali, una pianta ombreggiata da una chioma di fogliame estraneo riceve un rosso più distante che un rosso vicino, che nelle piante che amano la luce innesca la "sindrome da evitamento dell'ombra": la pianta si allunga verso l'alto. I pomodori, ad esempio, nella fase di crescita (non le piantine!) hanno bisogno di molto rosso per allungarsi, aumentare la crescita e l'area totale occupata, e quindi il raccolto futuro.

Di conseguenza, sotto i LED bianchi e la luce al sodio la pianta sembra sotto il sole aperto e non si allunga verso l'alto.

2. La luce blu è necessaria per la reazione di “inseguimento del sole” (Fig. 6).

Esempi di utilizzo di questa formula:

A. Stimiamo per i valori base dei parametri della luce bianca quale dovrebbe essere l'illuminazione per fornire, ad esempio, 300 eff. per una data resa cromatica e temperatura di colore. µmol/s/m2:

Si può notare che l'uso della luce bianca calda con un'elevata resa cromatica consente l'uso di livelli di illuminazione leggermente inferiori. Ma se si tiene conto che l'efficienza luminosa dei LED a luce calda con resa cromatica elevata è leggermente inferiore, diventa chiaro che scegliendo la temperatura di colore e la resa cromatica non si ottengono vantaggi o perdite energeticamente significativi. Puoi solo regolare la proporzione di luce blu o rossa fitoattiva.

B. Valutiamo l'applicabilità di una tipica luce di coltivazione a LED per uso generale per la coltivazione di microgreens.

Supponiamo che una lampada di 0,6×0,6 m consumi 35 W e abbia una temperatura di colore di 4000 A, resa cromatica RA= 80 ed efficienza luminosa 120 lm/W. Allora la sua efficienza sarà YPF= (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) eff. µmol/J = 1,5 eff. µmol/J. Che, moltiplicato per i 35 W consumati, sarà 52,5 eff. µmol/s.

Se una tale lampada viene abbassata abbastanza in basso sopra un letto di microgreens con un'area di 0,6 × 0,6 m = 0,36 m 2 ed evitando così la perdita di luce ai lati, la densità di illuminazione sarà 52,5 eff. µmol/s / 0,36 m2 = 145 eff. µmol/s/m2. Si tratta di circa la metà dei valori solitamente raccomandati. Pertanto, anche la potenza della lampada deve essere raddoppiata.

Confronto diretto dei fitoparametri di diverse tipologie di lampade

Confrontiamo i fitoparametri di una lampada LED da soffitto per ufficio convenzionale prodotta nel 2016 con fitoilluminatori specializzati (Fig. 7).

Riso. 7. Parametri comparativi di una tipica lampada al sodio da 600 W per serre, un phytolight LED specializzato e una lampada per l'illuminazione generale di interni

Si può vedere che una normale lampada per illuminazione generale con il diffusore rimosso quando si illuminano gli impianti non è inferiore in termini di efficienza energetica a una lampada al sodio specializzata. È anche chiaro che la fitolampada a luce rosso-blu (il produttore è volutamente non nominato) è realizzata a un livello tecnologico inferiore, poiché la sua efficienza totale (il rapporto tra la potenza del flusso luminoso in watt e la potenza consumata da rete) è inferiore all'efficienza di una lampada da ufficio. Ma se l'efficienza delle lampade rosso-blu e bianche fosse la stessa, anche i fitoparametri sarebbero più o meno gli stessi!

Dagli spettri è anche chiaro che il fitoapparecchio rosso-blu non è a banda stretta, la sua gobba rossa è ampia e contiene molto più rosso lontano di quello del LED bianco e della lampada al sodio. Nei casi in cui è richiesto il far-red, può essere consigliabile utilizzare questo apparecchio da solo o in combinazione con altre opzioni.

Valutazione dell’efficienza energetica dell’impianto di illuminazione nel suo complesso:

La risposta della pianta alla luce: in laboratorio viene determinata l'intensità dello scambio gassoso, il consumo di nutrienti dai processi di soluzione e di sintesi. Le risposte caratterizzano non solo la fotosintesi, ma anche i processi di crescita, fioritura e la sintesi delle sostanze necessarie per il gusto e l'aroma.

Nella fig. La Figura 14 mostra la risposta della pianta ai cambiamenti nella lunghezza d'onda della luce. L'intensità dell'apporto di sodio e fosforo dalla soluzione nutritiva è stata misurata su menta, fragole e lattuga. I picchi in tali grafici indicano che viene stimolata una reazione chimica specifica. I grafici mostrano che escludere alcune gamme dallo spettro completo per motivi di risparmio equivale a rimuovere parte dei tasti del pianoforte e suonare una melodia su quelli rimanenti.

Riso. 14. Il ruolo stimolante della luce per il consumo di azoto e fosforo in menta, fragole e lattuga.

Il principio del fattore limitante può essere esteso ai singoli componenti spettrali: per un risultato completo è comunque necessario l'intero spettro. La rimozione di alcune gamme dallo spettro completo non porta ad un aumento significativo dell'efficienza energetica, ma il "barile di Liebig" potrebbe funzionare e il risultato sarà negativo.
Gli esempi dimostrano che la normale luce LED bianca e la specializzata “phytolight rosso-blu” hanno all’incirca la stessa efficienza energetica nell’illuminazione degli impianti. Ma il bianco a banda larga soddisfa in modo completo i bisogni della pianta, che si esprimono non solo nella stimolazione della fotosintesi.

Rimuovere il verde dallo spettro continuo in modo che la luce passi dal bianco al viola è uno stratagemma di marketing per gli acquirenti che desiderano una “soluzione speciale” ma non sono clienti qualificati.

Regolazione della luce bianca

I LED bianchi per uso generale più comuni hanno una scarsa resa cromatica RA= 80, dovuto principalmente alla mancanza del colore rosso (Fig. 4).

La mancanza di rosso nello spettro può essere compensata aggiungendo LED rossi alla lampada. Questa soluzione è promossa, ad esempio, dall'azienda CREE. La logica del “barile di Liebig” suggerisce che un tale additivo non danneggerà se è veramente un additivo e non una ridistribuzione di energia da altre gamme a favore del rosso.

Un lavoro interessante e importante è stato svolto nel 2013-2016 dall'Istituto di problemi biomedici dell'Accademia russa delle scienze: hanno studiato come l'aggiunta di 4000 LED bianchi alla luce influisce sullo sviluppo del cavolo cinese A / RA= 70 LED rossi a banda stretta luminosi 660 nm.

E abbiamo scoperto quanto segue:

• Sotto la luce LED, il cavolo cresce più o meno come sotto la luce al sodio, ma ha più clorofilla (le foglie sono più verdi).
• Il peso secco del raccolto è quasi proporzionale alla quantità totale di luce in moli ricevuta dalla pianta. Più luce, più cavolo.
• La concentrazione di vitamina C nel cavolo aumenta leggermente con l'aumentare dell'illuminazione, ma aumenta in modo significativo con l'aggiunta della luce rossa alla luce bianca.
• Un aumento significativo della proporzione della componente rossa nello spettro ha aumentato significativamente la concentrazione di nitrati nella biomassa. È stato necessario ottimizzare la soluzione nutritiva e introdurre parte dell'azoto sotto forma ammoniacale per non superare la concentrazione massima consentita per i nitrati. Ma alla luce bianca pura era possibile lavorare solo con la forma nitrata.
• Allo stesso tempo, un aumento della percentuale di rosso nel flusso luminoso totale non ha quasi alcun effetto sul peso del raccolto. Cioè, il rifornimento dei componenti spettrali mancanti non influisce sulla quantità del raccolto, ma sulla sua qualità.
• La maggiore efficienza in moli per watt di un LED rosso significa che anche l'aggiunta del rosso al bianco è energeticamente efficiente.

Pertanto, l'aggiunta del rosso al bianco è consigliabile nel caso particolare del cavolo cinese ed è del tutto possibile nel caso generale. Naturalmente, con il controllo biochimico e la corretta selezione dei fertilizzanti per una coltura specifica.

Opzioni per arricchire lo spettro con la luce rossa

La pianta non sa da dove provenga il quanto dello spettro della luce bianca e da dove provenga il quanto “rosso”. Non è necessario creare uno spettro speciale in un LED. E non è necessario emettere luce rossa e bianca da una speciale fitolampada. È sufficiente utilizzare la luce bianca generica e inoltre illuminare la pianta con una lampada a luce rossa separata. E quando una persona è vicina alla pianta, la luce rossa può essere spenta utilizzando un sensore di movimento per far sembrare la pianta verde e carina.

Ma è giustificata anche la soluzione opposta: scegliendo la composizione del fosforo, si espande lo spettro del LED bianco verso le onde lunghe, bilanciandolo in modo che la luce rimanga bianca. E ottieni luce bianca con una resa cromatica estremamente elevata, adatta sia alle piante che agli esseri umani.

È particolarmente interessante aumentare la proporzione del rosso, aumentando l'indice di resa cromatica complessiva, nel caso dell'agricoltura cittadina - un movimento sociale per coltivare piante necessarie agli esseri umani in città, spesso combinando lo spazio abitativo, e quindi l'ambiente luminoso di esseri umani e piante.

Domande aperte

È possibile identificare il ruolo del rapporto tra luce rossa lontana e vicina e l'opportunità di utilizzare la “sindrome da evitamento dell'ombra” per le diverse colture. Si può discutere in quali aree durante l'analisi sia opportuno dividere la scala delle lunghezze d'onda.

Si può discutere se la pianta necessita di lunghezze d'onda inferiori a 400 nm o superiori a 700 nm per la stimolazione o la funzione di regolamentazione. Ad esempio, esiste un rapporto privato secondo cui le radiazioni ultraviolette influiscono in modo significativo sulle qualità di consumo delle piante. Tra l'altro, le varietà di lattuga a foglia rossa vengono coltivate senza luce ultravioletta e diventano verdi, ma prima della vendita vengono irradiate con luce ultravioletta, diventano rosse e vengono inviate al bancone. E la nuova metrica è corretta? PBAR (radiazioni biologicamente attive delle piante), descritto nella norma ANSI/ASABE S640, Quantità e unità di radiazione elettromagnetica per le piante (organismi fotosintetici, prescrive tenendo conto dell'intervallo di 280–800 nm.

Conclusione

Le catene di negozi scelgono varietà più stabili e quindi l'acquirente vota con rubli per frutti più luminosi. E quasi nessuno sceglie il gusto e l'aroma. Ma non appena diventeremo più ricchi e inizieremo a chiedere di più, la scienza fornirà immediatamente le varietà e le ricette necessarie per la soluzione nutritiva.

E affinché la pianta possa sintetizzare tutto ciò che è necessario per il gusto e l'aroma, avrà bisogno di un'illuminazione con uno spettro contenente tutte le lunghezze d'onda alle quali la pianta reagirà, cioè, in generale, uno spettro continuo. Forse la soluzione di base sarà la luce bianca con un'elevata resa cromatica.

Letteratura
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Se hai domande su questo argomento, chiedile agli esperti e ai lettori del nostro progetto.

Una fascia con un massimo nell'area gialla (il disegno più comune). L'emissione del LED e del fosforo, miscelati, producono luce bianca di varie tonalità.

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Sottotitoli

Storia dell'invenzione

I primi emettitori rossi a semiconduttore per uso industriale furono ottenuti da N. Kholonyak nel 1962. All'inizio degli anni '70 apparvero i LED gialli e verdi. La resa luminosa di questi apparecchi, allora ancora inefficienti, raggiunse nel 1990 il lumen. Nel 1993, Shuji Nakamura, un ingegnere di Nichia (Giappone), creò il primo LED blu ad alta luminosità. Quasi immediatamente apparvero i dispositivi LED RGB, poiché i colori blu, rosso e verde consentivano di ottenere qualsiasi colore, compreso il bianco. I LED al fosforo bianco sono apparsi per la prima volta nel 1996. Successivamente, la tecnologia si è sviluppata rapidamente e nel 2005 l'efficienza luminosa dei LED ha raggiunto o più i 100 lm/W. I LED sono apparsi con diverse tonalità di bagliore, la qualità della luce ha permesso di competere con le lampade a incandescenza e con le già tradizionali lampade fluorescenti. È iniziato l'utilizzo dei dispositivi di illuminazione a LED nella vita di tutti i giorni, nell'illuminazione di interni ed esterni.

LED RGB

La luce bianca può essere creata mescolando le emissioni di LED di diversi colori. Il disegno tricromatico più comune è costituito da fonti rosso (R), verde (G) e blu (B), sebbene si trovino varianti bicromatiche, tetracromatiche e multicromatiche. Un LED multicolore, a differenza di altri emettitori a semiconduttore RGB (apparecchi, lampade, cluster), ha un alloggiamento completo, molto spesso simile a un LED monocolore. I chip LED si trovano uno accanto all'altro e condividono una lente e un riflettore comuni. Poiché i chip semiconduttori hanno dimensioni finite e schemi di radiazione propri, tali LED molto spesso hanno caratteristiche di colore angolari non uniformi. Inoltre, per ottenere il rapporto colore corretto, spesso non è sufficiente impostare la corrente di progetto, poiché l'emissione luminosa di ciascun chip è sconosciuta in anticipo ed è soggetta a modifiche durante il funzionamento. Per impostare le tonalità desiderate, le lampade RGB sono talvolta dotate di speciali dispositivi di controllo.

Lo spettro di un LED RGB è determinato dallo spettro degli emettitori a semiconduttore che lo compongono e ha una forma lineare pronunciata. Questo spettro è molto diverso dallo spettro del sole, pertanto l'indice di resa cromatica del LED RGB è basso. I LED RGB consentono di controllare facilmente e ampiamente il colore del bagliore modificando la corrente di ciascun LED incluso nella “triade”, regolando la tonalità di colore della luce bianca che emettono direttamente durante il funzionamento, fino ad ottenere singoli colori indipendenti.

I LED multicolori dipendono dall'efficienza luminosa e dal colore dalla temperatura a causa delle diverse caratteristiche dei chip emettitori che compongono il dispositivo, il che si traduce in un leggero cambiamento nel colore della luce durante il funzionamento. La durata di un LED multicolore è determinata dalla durata dei chip semiconduttori, dipende dal design e molto spesso supera la durata dei LED al fosforo.

I LED multicolori sono utilizzati principalmente per l'illuminazione decorativa e architettonica, nella segnaletica elettronica e negli schermi video.

LED al fosforo

La combinazione di un emettitore a semiconduttore blu (più spesso), viola o ultravioletto (non utilizzato nella produzione di massa) e un convertitore di fosforo consente di produrre una sorgente luminosa economica con buone caratteristiche. Il design più comune di un tale LED contiene un chip semiconduttore di nitruro di gallio blu modificato con indio (InGaN) e un fosforo con la massima riemissione nella regione gialla: granato di ittrio-alluminio drogato con cerio trivalente (YAG). Parte della potenza della radiazione iniziale del chip lascia il corpo del LED, dissipandosi nello strato di fosforo, l'altra parte viene assorbita dal fosforo e riemessa nella regione di valori energetici più bassi. Lo spettro di riemissione copre un'ampia regione dal rosso al verde, ma lo spettro risultante di tale LED presenta un calo pronunciato nella regione verde-blu-verde.

A seconda della composizione del fosforo vengono prodotti LED con diverse temperature di colore (“caldo” e “freddo”). Combinando diversi tipi di fosfori si ottiene un aumento significativo dell'indice di resa cromatica (CRI o R a). Dal 2017 esistono già pannelli LED per la fotografia e le riprese, dove la resa cromatica è fondamentale, ma tali apparecchiature sono costose e i produttori sono pochi e rari.

Uno dei modi per aumentare la luminosità dei LED al fosforo mantenendone o addirittura riducendone il costo è aumentare la corrente attraverso il chip semiconduttore senza aumentarne le dimensioni, aumentando la densità di corrente. Questo metodo è associato ad un aumento simultaneo dei requisiti per la qualità del chip stesso e della qualità del dissipatore di calore. All’aumentare della densità di corrente, i campi elettrici nel volume della regione attiva riducono l’emissione luminosa. Quando vengono raggiunte le correnti limite, poiché le sezioni del chip LED con diverse concentrazioni di impurità e diverse larghezze di gap di banda conducono la corrente in modo diverso, si verifica un surriscaldamento locale delle sezioni del chip, che influisce sull'emissione luminosa e sulla durata del LED nel suo insieme. Per aumentare la potenza in uscita mantenendo la qualità delle caratteristiche spettrali e delle condizioni termiche, vengono prodotti LED contenenti gruppi di chip LED in un unico alloggiamento.

Uno degli argomenti più discussi nel campo della tecnologia LED policroma è la sua affidabilità e durata. A differenza di molte altre sorgenti luminose, un LED cambia la sua emissione luminosa (efficienza), il modello di radiazione e la tonalità del colore nel tempo, ma raramente si guasta completamente. Pertanto per stimare la vita utile, ad esempio per l'illuminazione, si prende un livello di riduzione dell'efficienza luminosa fino al 70% del valore originario (L70). Cioè, un LED la cui luminosità è diminuita del 30% durante il funzionamento è considerato fuori servizio. Per i LED utilizzati nell'illuminazione decorativa, come stima della durata viene utilizzato un livello di attenuazione del 50% (L50).

La durata di un LED al fosforo dipende da molti parametri. Oltre alla qualità di fabbricazione del gruppo LED stesso (il metodo di fissaggio del chip al supporto del cristallo, il metodo di collegamento dei conduttori che trasportano corrente, la qualità e le proprietà protettive dei materiali sigillanti), la durata dipende principalmente dalla caratteristiche del chip emittente stesso e sui cambiamenti nelle proprietà del fosforo nel corso del funzionamento (degradazione). Inoltre, come dimostrano numerosi studi, il principale fattore che influenza la durata di un LED è la temperatura.

Effetto della temperatura sulla durata dei LED

Durante il funzionamento, un chip semiconduttore emette parte dell'energia elettrica sotto forma di radiazione e parte sotto forma di calore. Inoltre, a seconda dell'efficienza di tale conversione, la quantità di calore è circa la metà per gli emettitori più efficienti o più. Il materiale semiconduttore stesso ha una bassa conduttività termica, inoltre i materiali e il design del case hanno una certa conduttività termica non ideale, che porta al riscaldamento del chip ad alte temperature (per una struttura semiconduttrice). I LED moderni funzionano a temperature del chip nell'ordine di 70-80 gradi. E un ulteriore aumento di questa temperatura quando si utilizza il nitruro di gallio è inaccettabile. L'alta temperatura porta ad un aumento del numero di difetti nello strato attivo, porta ad una maggiore diffusione e ad un cambiamento nelle proprietà ottiche del substrato. Tutto ciò porta ad un aumento della percentuale di ricombinazione non radiativa e di assorbimento dei fotoni da parte del materiale del chip. Un aumento di potenza e durata si ottiene migliorando sia la struttura stessa del semiconduttore (riducendo il surriscaldamento locale), sia sviluppando il design del gruppo LED e migliorando la qualità del raffreddamento dell'area attiva del chip. Sono in corso ricerche anche su altri materiali o substrati semiconduttori.

Il fosforo è anche sensibile alle alte temperature. Con l'esposizione prolungata alla temperatura, i centri riemittenti vengono inibiti e il coefficiente di conversione, nonché le caratteristiche spettrali del fosforo, si deteriorano. Nei primi progetti e in alcuni moderni LED policromi, il fosforo viene applicato direttamente al materiale semiconduttore e l'effetto termico è massimizzato. Oltre alle misure per ridurre la temperatura del chip emittente, i produttori utilizzano vari metodi per ridurre l'influenza della temperatura del chip sul fosforo. Le tecnologie dei fosfori isolati e le progettazioni delle lampade LED, in cui il fosforo è fisicamente separato dall'emettitore, possono aumentare la durata della sorgente luminosa.

L'alloggiamento del LED, realizzato in plastica siliconica otticamente trasparente o resina epossidica, è soggetto a invecchiamento sotto l'influenza della temperatura e inizia ad affievolirsi e a ingiallire nel tempo, assorbendo parte dell'energia emessa dal LED. Anche le superfici riflettenti si deteriorano se riscaldate: interagiscono con altri elementi del corpo e sono suscettibili alla corrosione. Tutti questi fattori insieme portano al fatto che la luminosità e la qualità della luce emessa diminuiscono gradualmente. Tuttavia, questo processo può essere rallentato con successo garantendo un’efficiente rimozione del calore.

Design LED al fosforo

Un moderno LED ai fosfori è un dispositivo complesso che combina molte soluzioni tecniche originali e uniche. Il LED è composto da diversi elementi principali, ognuno dei quali svolge una funzione importante, spesso più di una:

Tutti gli elementi di design dei LED sono soggetti a stress termico e devono essere selezionati tenendo conto del grado della loro dilatazione termica. E una condizione importante per un buon design è la producibilità e il basso costo di assemblaggio di un dispositivo LED e di installazione nella lampada.

Luminosità e qualità della luce

Il parametro più importante non è nemmeno la luminosità del LED, ma la sua efficienza luminosa, ovvero la resa luminosa per ogni watt di energia elettrica consumata dal LED. L'efficienza luminosa dei moderni LED raggiunge i 190 lm/W. Il limite teorico della tecnologia è stimato a più di 300 lm/W. Durante la valutazione, è necessario tenere conto del fatto che l'efficienza di una lampada basata su LED è significativamente inferiore a causa dell'efficienza della fonte di alimentazione, delle proprietà ottiche del diffusore, del riflettore e di altri elementi di design. Inoltre, i produttori spesso indicano l'efficienza iniziale dell'emettitore a temperatura normale, mentre la temperatura del chip durante il funzionamento è molto più elevata. Ciò porta al fatto che l'efficienza effettiva dell'emettitore è inferiore del 5-7% e quella della lampada è spesso due volte più bassa.

Il secondo parametro altrettanto importante è la qualità della luce prodotta dal LED. Ci sono tre parametri per valutare la qualità della resa cromatica:

LED al fosforo basato su un emettitore ultravioletto

Oltre alla già diffusa combinazione di LED blu e YAG, è in fase di sviluppo anche una struttura basata su LED ultravioletti. Un materiale semiconduttore in grado di emettere nella regione del vicino ultravioletto è rivestito con diversi strati di fosforo a base di europio e solfuro di zinco attivato da rame e alluminio. Questa miscela di fosfori fornisce massimi di riemissione nelle regioni verde, blu e rossa dello spettro. La luce bianca risultante ha caratteristiche qualitative molto buone, ma l'efficienza di tale conversione è ancora bassa. Ci sono tre motivi per questo [ ]: il primo è dovuto al fatto che la differenza tra l'energia dei quanti incidente e quelli emessi si perde durante la fluorescenza (si trasforma in calore), e nel caso dell'eccitazione ultravioletta è molto maggiore. Il secondo motivo è che parte della radiazione UV non assorbita dal fosforo non partecipa alla creazione del flusso luminoso, a differenza dei LED basati su un emettitore blu, e un aumento dello spessore del rivestimento di fosforo porta ad un aumento della assorbimento della luce luminescente in esso. Infine, l'efficienza dei LED ultravioletti è notevolmente inferiore a quella di quelli blu.

Vantaggi e svantaggi dei LED al fosforo

Considerando l’elevato costo delle sorgenti luminose a LED rispetto alle lampade tradizionali, ci sono validi motivi per utilizzare tali dispositivi:

Ma ci sono anche degli svantaggi:

I LED per l'illuminazione hanno anche caratteristiche inerenti a tutti gli emettitori a semiconduttore, tenendo conto dell'applicazione di maggior successo, ad esempio, nella direzione della radiazione. Il LED brilla solo in una direzione senza l'uso di riflettori e diffusori aggiuntivi. Gli apparecchi a LED sono più adatti per l'illuminazione locale e direzionale.

Prospettive per lo sviluppo della tecnologia LED bianca

Le tecnologie per la produzione di LED bianchi adatti all'illuminazione sono in fase di sviluppo attivo. La ricerca in questo settore è stimolata dal crescente interesse del pubblico. La prospettiva di un significativo risparmio energetico attira investimenti nella ricerca sui processi, nello sviluppo tecnologico e nella ricerca di nuovi materiali. A giudicare dalle pubblicazioni dei produttori di LED e materiali affini, specialisti nel campo dei semiconduttori e dell'illuminotecnica, è possibile delineare percorsi di sviluppo in questo ambito:

Guarda anche

Appunti

1. , P. 19-20.
2. LED MC-E di Cree, contenenti emettitori rosso, verde, blu e bianco Archiviato il 22 novembre 2012.
3. LED VLMx51 di Vishay, contenenti emettitori rosso, arancione, giallo e bianco(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
4. LED multicolori XB-D e XM-L di Cree(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
5. LED XP-C di Cree, contenente sei emettitori monocromatici(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
6. Nikiforov S. La “classe S” dell'illuminotecnica a semiconduttori // Componenti e tecnologie: rivista. - 2009. - N. 6. - pp. 88-91.
7. Truson P. Halvardson E. Vantaggi dei LED RGB per apparecchi di illuminazione // Componenti e Tecnologie: magazine. - 2007. - N. 2.
8. , P. 404.
9. Nikiforov S. La temperatura nella vita e nel funzionamento dei LED // Componenti e Tecnologie: rivista. - 2005. - N. 9.
10. LED per illuminazione d'interni e architetturale(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
11. Xiang Ling Oon. Soluzioni LED per sistemi di illuminazione architetturale // Illuminotecnica dei semiconduttori: rivista. - 2010. - N. 5. - pp. 18-20.
12. LED RGB per utilizzo nei tabelloni elettronici(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
13. Illuminazione LED High CRI | Yuji LED (non definito) . yujiintl.com. Estratto il 3 dicembre 2016.
14. Turkin A. Il nitruro di gallio come uno dei materiali promettenti nell'optoelettronica moderna // Componenti e tecnologie: diario. - 2011. - N. 5.
15. LED con elevati valori CRI(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
16. Tecnologia Cree EasyWhite (Inglese) . Rivista sui LED. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
17. Nikiforov S., Arkhipov A. Caratteristiche di determinazione della resa quantica dei LED basati su AlGaInN e AlGaInP a diverse densità di corrente attraverso il cristallo emittente // Componenti e tecnologie: diario. - 2008. - N. 1.
18. Nikiforov S. Ora gli elettroni si vedono: i LED rendono la corrente elettrica molto visibile // Componenti e Tecnologie: magazine. - 2006. - N. 3.
19. LED con disposizione a matrice di un gran numero di chip semiconduttori(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
20. Durata dei LED bianchi(Inglese) . NOI. Dipartimento dell'Energia. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
21. Tipologie di difetti dei LED e metodi di analisi(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
22. , P. 61, 77-79.
23. LED di SemiLED(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
24. Programma di ricerca GaN-on-Si Silicon LED (Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012.
25. La tecnologia dei fosfori isolati di Cree(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
26. Turkin A. LED a semiconduttore: storia, fatti, prospettive // ​​Illuminotecnica dei semiconduttori: rivista. - 2011. - N. 5. - pp. 28-33.
27. Ivanov A.V., Fedorov A.V., Semenov S.M. Lampade a risparmio energetico basate su LED ad alta luminosità // Fornitura energetica e risparmio energetico - aspetto regionale: XII Incontro panrusso: materiali delle relazioni. - Tomsk: Grafica di San Pietroburgo, 2011. - pp. 74-77.
28. , P. 424.
29. Riflettori per LED basati su cristalli fotonici(Inglese) . Professionista guidato. Estratto il 16 febbraio 2013. Archiviato il 13 marzo 2013.
30. XLamp XP-G3(Inglese) . www.cree.com. Estratto il 31 maggio 2017.
31. LED bianchi con elevata emissione luminosa per esigenze di-illuminazione(Inglese) . Phys.Org™. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.

Una fascia con un massimo nell'area gialla (il disegno più comune). L'emissione del LED e del fosforo, miscelati, producono luce bianca di varie tonalità.

Storia dell'invenzione

I primi emettitori rossi a semiconduttore per uso industriale furono ottenuti da N. Holonyak nel 1962. All'inizio degli anni '70 apparvero i LED gialli e verdi. La resa luminosa di questi apparecchi, allora ancora inefficienti, raggiunse nel 1990 il lumen. Nel 1993, Shuji Nakamura, un ingegnere di Nichia (Giappone), creò il primo LED blu ad alta luminosità. Quasi immediatamente apparvero i dispositivi LED RGB, poiché i colori blu, rosso e verde consentivano di ottenere qualsiasi colore, compreso il bianco. I LED al fosforo bianco sono apparsi per la prima volta nel 1996. Successivamente, la tecnologia si è sviluppata rapidamente e nel 2005 l'efficienza luminosa dei LED ha raggiunto o più i 100 lm/W. I LED sono apparsi con diverse tonalità di bagliore, la qualità della luce ha permesso di competere con le lampade a incandescenza e con le già tradizionali lampade fluorescenti. È iniziato l'utilizzo dei dispositivi di illuminazione a LED nella vita di tutti i giorni, nell'illuminazione di interni ed esterni.

LED RGB

La luce bianca può essere creata mescolando le emissioni di LED di diversi colori. Il disegno tricromatico più comune è costituito da fonti rosso (R), verde (G) e blu (B), sebbene si trovino varianti bicromatiche, tetracromatiche e multicromatiche. Un LED multicolore, a differenza di altri emettitori a semiconduttore RGB (lampade, lampade, cluster), ha un alloggiamento completo, molto spesso simile a un LED monocolore. I chip LED si trovano uno accanto all'altro e condividono una lente e un riflettore comuni. Poiché i chip semiconduttori hanno dimensioni finite e schemi di radiazione propri, tali LED molto spesso hanno caratteristiche di colore angolari non uniformi. Inoltre, per ottenere il rapporto colore corretto, spesso non è sufficiente impostare la corrente di progetto, poiché l'emissione luminosa di ciascun chip è sconosciuta in anticipo ed è soggetta a modifiche durante il funzionamento. Per impostare le tonalità desiderate, le lampade RGB sono talvolta dotate di speciali dispositivi di controllo.

Lo spettro di un LED RGB è determinato dallo spettro degli emettitori a semiconduttore che lo compongono e ha una forma lineare pronunciata. Questo spettro è molto diverso dallo spettro del sole, pertanto l'indice di resa cromatica del LED RGB è basso. I LED RGB consentono di controllare facilmente e ampiamente il colore del bagliore modificando la corrente di ciascun LED incluso nella “triade”, regolando la tonalità di colore della luce bianca che emettono direttamente durante il funzionamento, fino ad ottenere singoli colori indipendenti.

I LED multicolori dipendono dall'efficienza luminosa e dal colore dalla temperatura a causa delle diverse caratteristiche dei chip emettitori che compongono il dispositivo, il che si traduce in un leggero cambiamento nel colore della luce durante il funzionamento. La durata di un LED multicolore è determinata dalla durata dei chip semiconduttori, dipende dal design e molto spesso supera la durata dei LED al fosforo.

I LED multicolori sono utilizzati principalmente per l'illuminazione decorativa e architettonica, nella segnaletica elettronica e negli schermi video.

LED al fosforo

La combinazione di un emettitore a semiconduttore blu (più spesso), viola o ultravioletto (non utilizzato nella produzione di massa) e un convertitore di fosforo consente di produrre una sorgente luminosa economica con buone caratteristiche. Il design più comune di un tale LED contiene un chip semiconduttore di nitruro di gallio blu modificato con indio (InGaN) e un fosforo con la massima riemissione nella regione gialla: granato di ittrio-alluminio drogato con cerio trivalente (YAG). Parte della potenza della radiazione iniziale del chip lascia il corpo del LED, dissipandosi nello strato di fosforo, l'altra parte viene assorbita dal fosforo e riemessa nella regione di valori energetici più bassi. Lo spettro di riemissione copre un'ampia regione dal rosso al verde, ma lo spettro risultante di tale LED presenta un calo pronunciato nella regione verde-blu-verde.

A seconda della composizione del fosforo, i LED vengono prodotti con diverse temperature di colore (“caldo” e “freddo”). Combinando diversi tipi di fosfori si ottiene un aumento significativo dell'indice di resa cromatica (CRI o R a). Dal 2017 esistono già pannelli LED per la fotografia e le riprese, dove la resa cromatica è fondamentale, ma tali apparecchiature sono costose e i produttori sono pochi e rari.

Un modo per aumentare la luminosità dei LED al fosforo mantenendone o addirittura riducendone i costi è aumentare la corrente attraverso il chip semiconduttore senza aumentarne le dimensioni, aumentando la densità di corrente. Questo metodo è associato ad un aumento simultaneo dei requisiti per la qualità del chip stesso e della qualità del dissipatore di calore. All’aumentare della densità di corrente, i campi elettrici nel volume della regione attiva riducono l’emissione luminosa. Quando vengono raggiunte le correnti limite, poiché le aree del chip LED con diverse concentrazioni di impurità e diversi gap di banda conducono la corrente in modo diverso, si verifica un surriscaldamento locale delle aree del chip, che influisce sull'emissione luminosa e sulla durata del LED nel suo insieme. Per aumentare la potenza in uscita mantenendo la qualità delle caratteristiche spettrali e delle condizioni termiche, vengono prodotti LED contenenti cluster di chip LED in un unico pacchetto.

Uno degli argomenti più discussi nel campo della tecnologia LED policroma è la sua affidabilità e durata. A differenza di molte altre sorgenti luminose, un LED cambia la sua emissione luminosa (efficienza), il modello di radiazione e la tonalità del colore nel tempo, ma raramente si guasta completamente. Pertanto per stimare la vita utile, ad esempio per l'illuminazione, si prende un livello di riduzione dell'efficienza luminosa fino al 70% del valore originario (L70). Cioè, un LED la cui luminosità è diminuita del 30% durante il funzionamento è considerato fuori servizio. Per i LED utilizzati nell'illuminazione decorativa, come stima della durata viene utilizzato un livello di attenuazione del 50% (L50).

La durata di un LED al fosforo dipende da molti parametri. Oltre alla qualità di fabbricazione del gruppo LED stesso (il metodo di fissaggio del chip al supporto del cristallo, il metodo di collegamento dei conduttori che trasportano corrente, la qualità e le proprietà protettive dei materiali sigillanti), la durata dipende principalmente dalla caratteristiche del chip emittente stesso e sui cambiamenti nelle proprietà del fosforo nel corso del funzionamento (degradazione). Inoltre, come dimostrano numerosi studi, il principale fattore che influenza la durata di un LED è la temperatura.

Effetto della temperatura sulla durata dei LED

Durante il funzionamento, un chip semiconduttore emette parte dell'energia elettrica sotto forma di radiazione e parte sotto forma di calore. Inoltre, a seconda dell'efficienza di tale conversione, la quantità di calore è circa la metà per gli emettitori più efficienti o più. Il materiale semiconduttore stesso ha una bassa conduttività termica, inoltre i materiali e il design del case hanno una certa conduttività termica non ideale, che porta al riscaldamento del chip ad alte temperature (per una struttura semiconduttrice). I LED moderni funzionano a temperature del chip nell'ordine di 70-80 gradi. E un ulteriore aumento di questa temperatura quando si utilizza il nitruro di gallio è inaccettabile. L'alta temperatura porta ad un aumento del numero di difetti nello strato attivo, porta ad una maggiore diffusione e ad un cambiamento nelle proprietà ottiche del substrato. Tutto ciò porta ad un aumento della percentuale di ricombinazione non radiativa e di assorbimento dei fotoni da parte del materiale del chip. Un aumento di potenza e durata si ottiene migliorando sia la struttura stessa del semiconduttore (riducendo il surriscaldamento locale), sia sviluppando il design del gruppo LED e migliorando la qualità del raffreddamento dell'area attiva del chip. Sono in corso ricerche anche su altri materiali o substrati semiconduttori.

Il fosforo è anche sensibile alle alte temperature. Con l'esposizione prolungata alla temperatura, i centri riemittenti vengono inibiti e il coefficiente di conversione, nonché le caratteristiche spettrali del fosforo, si deteriorano. Nei primi progetti e in alcuni moderni LED policromi, il fosforo viene applicato direttamente al materiale semiconduttore e l'effetto termico è massimizzato. Oltre alle misure per ridurre la temperatura del chip emittente, i produttori utilizzano vari metodi per ridurre l'influenza della temperatura del chip sul fosforo. Le tecnologie dei fosfori isolati e le progettazioni delle lampade LED, in cui il fosforo è fisicamente separato dall'emettitore, possono aumentare la durata della sorgente luminosa.

L'alloggiamento del LED, realizzato in plastica siliconica otticamente trasparente o resina epossidica, è soggetto a invecchiamento sotto l'influenza della temperatura e inizia ad affievolirsi e a ingiallire nel tempo, assorbendo parte dell'energia emessa dal LED. Anche le superfici riflettenti si deteriorano se riscaldate: interagiscono con altri elementi del corpo e sono suscettibili alla corrosione. Tutti questi fattori insieme portano al fatto che la luminosità e la qualità della luce emessa diminuiscono gradualmente. Tuttavia, questo processo può essere rallentato con successo garantendo un’efficiente rimozione del calore.

Design LED al fosforo

Un moderno LED ai fosfori è un dispositivo complesso che combina molte soluzioni tecniche originali e uniche. Il LED è composto da diversi elementi principali, ognuno dei quali svolge una funzione importante, spesso più di una:

Tutti gli elementi di design dei LED sono soggetti a stress termico e devono essere selezionati tenendo conto del grado della loro dilatazione termica. E una condizione importante per un buon design è la producibilità e il basso costo di assemblaggio di un dispositivo LED e di installazione nella lampada.

Luminosità e qualità della luce

Il parametro più importante non è nemmeno la luminosità del LED, ma la sua efficienza luminosa, ovvero la resa luminosa per ogni watt di energia elettrica consumata dal LED. L'efficienza luminosa dei moderni LED raggiunge i 190 lm/W. Il limite teorico della tecnologia è stimato a più di 300 lm/W. Durante la valutazione, è necessario tenere conto del fatto che l'efficienza di una lampada basata su LED è significativamente inferiore a causa dell'efficienza della fonte di alimentazione, delle proprietà ottiche del diffusore, del riflettore e di altri elementi di design. Inoltre, i produttori spesso indicano l'efficienza iniziale dell'emettitore a temperatura normale, mentre la temperatura del chip aumenta significativamente durante il funzionamento [ ] . Ciò porta al fatto che l'efficienza effettiva dell'emettitore è inferiore del 5-7% e quella della lampada è spesso due volte più bassa.

Il secondo parametro altrettanto importante è la qualità della luce prodotta dal LED. Ci sono tre parametri per valutare la qualità della resa cromatica:

LED al fosforo basato su un emettitore ultravioletto

Oltre alla già diffusa combinazione di LED blu e YAG, è in fase di sviluppo anche una struttura basata su LED ultravioletti. Un materiale semiconduttore in grado di emettere nella regione del vicino ultravioletto è rivestito con diversi strati di fosforo a base di europio e solfuro di zinco attivato da rame e alluminio. Questa miscela di fosfori fornisce massimi di riemissione nelle regioni verde, blu e rossa dello spettro. La luce bianca risultante ha caratteristiche qualitative molto buone, ma l'efficienza di tale conversione è ancora bassa. Ci sono tre motivi per questo [ ]: il primo è dovuto al fatto che la differenza tra l'energia dei quanti incidente e quelli emessi si perde durante la fluorescenza (si trasforma in calore), e nel caso dell'eccitazione ultravioletta è molto maggiore. Il secondo motivo è che parte della radiazione UV non assorbita dal fosforo non partecipa alla creazione del flusso luminoso, a differenza dei LED basati su un emettitore blu, e un aumento dello spessore del rivestimento di fosforo porta ad un aumento della assorbimento della luce luminescente in esso. Infine, l'efficienza dei LED ultravioletti è notevolmente inferiore a quella di quelli blu.

Vantaggi e svantaggi dei LED al fosforo

Considerando l’elevato costo delle sorgenti luminose a LED rispetto alle lampade tradizionali, ci sono validi motivi per utilizzare tali dispositivi:

Ma ci sono anche degli svantaggi:

I LED per l'illuminazione hanno anche caratteristiche inerenti a tutti gli emettitori a semiconduttore, tenendo conto dell'applicazione di maggior successo, ad esempio, nella direzione della radiazione. Il LED brilla solo in una direzione senza l'uso di riflettori e diffusori aggiuntivi. Gli apparecchi a LED sono più adatti per l'illuminazione locale e direzionale.

Prospettive per lo sviluppo della tecnologia LED bianca

Le tecnologie per la produzione di LED bianchi adatti all'illuminazione sono in fase di sviluppo attivo. La ricerca in questo settore è stimolata dal crescente interesse del pubblico. La prospettiva di un significativo risparmio energetico attira investimenti nella ricerca sui processi, nello sviluppo tecnologico e nella ricerca di nuovi materiali. A giudicare dalle pubblicazioni dei produttori di LED e materiali affini, specialisti nel campo dei semiconduttori e dell'illuminotecnica, è possibile delineare percorsi di sviluppo in questo ambito:

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Appunti

1. , P. 19-20.
2. LED Cree MC-E contenenti emettitori rosso, verde, blu e bianco Archiviato il 22 novembre 2012.
3. LED Vishay VLMx51 contenenti emettitori rosso, arancione, giallo e bianco(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
4. LED multicolori Cree XB-D e XM-L(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
5. LED Cree XP-C contenenti sei emettitori monocromatici(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
6. Nikiforov S. La “classe S” dell'illuminotecnica a semiconduttori // Componenti e tecnologie: rivista. - 2009. - N. 6. - pp. 88-91.
7. Truson P. Halvardson E. Vantaggi dei LED RGB per apparecchi di illuminazione // Componenti e Tecnologie: magazine. - 2007. - N. 2.
8. , P. 404.
9. Nikiforov S. La temperatura nella vita e nel funzionamento dei LED // Componenti e Tecnologie: rivista. - 2005. - N. 9.
10. LED per illuminazione d'interni e architetturale(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
11. Xiang Ling Oon. Soluzioni LED per sistemi di illuminazione architetturale // Illuminotecnica dei semiconduttori: rivista. - 2010. - N. 5. - pp. 18-20.
12. LED RGB per l'utilizzo nei display elettronici(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
13. Illuminazione a LED ad alto CRI | YujiLED (non definito) . yujiintl.com. Estratto il 3 dicembre 2016.
14. Turkin A. Il nitruro di gallio come uno dei materiali promettenti nell'optoelettronica moderna // Componenti e tecnologie: diario. - 2011. - N. 5.
15. LED con elevati valori CRI(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
16. Tecnologia Cree EasyWhite(Inglese) . Rivista sui LED. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
17. Nikiforov S., Arkhipov A. Caratteristiche di determinazione della resa quantica dei LED basati su AlGaInN e AlGaInP a diverse densità di corrente attraverso il cristallo emittente // Componenti e tecnologie: diario. - 2008. - N. 1.
18. Nikiforov S. Ora gli elettroni si vedono: i LED rendono la corrente elettrica molto visibile // Componenti e Tecnologie: magazine. - 2006. - N. 3.
19. LED con disposizione a matrice di un gran numero di chip semiconduttori(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
20. Durata della vita del LED bianco Archiviato il 22 novembre 2012.
21. Tipologie di difetti dei LED e metodi di analisi(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
22. , P. 61, 77-79.
23. LED di SemiLED(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
24. Programma di ricerca sui LED al silicio GaN-on-Si(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012.
25. Tecnologia del fosforo isolata Cree(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
26. Turkin A. LED a semiconduttore: storia, fatti, prospettive // ​​Illuminotecnica dei semiconduttori: rivista. - 2011. - N. 5. - pp. 28-33.
27. Ivanov A.V., Fedorov A.V., Semenov S.M. Lampade a risparmio energetico basate su LED ad alta luminosità // Approvvigionamento energetico e risparmio energetico: un aspetto regionale: XII incontro panrusso: materiali delle relazioni. - Tomsk: Grafica di San Pietroburgo, 2011. - pp. 74-77.
28. , P. 424.
29. Riflettori per LED basati su cristalli fotonici(Inglese) . Professionista guidato. Estratto il 16 febbraio 2013. Archiviato il 13 marzo 2013.
30. XLamp XP-G3
31. LED bianchi ad elevata resa luminosa per esigenze di illuminazione(Inglese) . Phys.Org™. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
32. Cree è il primo a superare la barriera dei 300 lumen per watt(Inglese) . www.cree.com. Estratto il 31 maggio 2017.
33. Nozioni di base sull'illuminazione a LED(Inglese) . NOI. Dipartimento dell'Energia. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
34. Sharakshane A. Scale per valutare la qualità della composizione spettrale della luce - CRI e CQS // Semiconductor Lighting Engineering: Journal. - 2011. - N. 4.
35. LED ultravioletti SemiLED con una lunghezza d'onda di 390-420 nm.(Inglese) . LED professionale. Estratto il 10 novembre 2012. Archiviato il 22 novembre 2012.
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