حداکثر دمای عملکرد LED. چرا محافظت از LED در برابر گرمای بیش از حد مهم است؟

1. عمر متوسط ​​ال ای دی ها چقدر است؟

غیرممکن است که انواع LED ها را در یک شمع جمع کنید و با آنها به طور مساوی رفتار کنید. عمر مفید به طور مستقیم به نوع LED، جریان عرضه شده به آن، خنک شدن تراشه LED (تراشه)، ترکیب و کیفیت کریستال، طرح و مونتاژ به طور کلی بستگی دارد.

ال ای دی ها دارای دوام فوق العاده ای هستند. اما اینطور نیست. هرچه جریان بیشتری از LED عبور داده شود، دما بالاتر می رود و پیری (تخریب) کریستال سریعتر اتفاق می افتد. و هر چه گرمای بیشتری را از بستر LED به هیت سینک انتقال دهید، دوام بیشتری خواهد داشت. بنابراین، مجموعه های LED با LED های قدرتمند نیاز به خنک کننده غیرفعال (نصب بر روی تخته آلومینیومی و هیت سینک) یا فعال (کولر، فن) دارند.

با خنک کننده کافی، LED ها را می توان "اورکلاک" کرد - حداکثر جریان توصیه شده توسط سازنده را اعمال کنید.

بنابراین، به طور پیشینی، طول عمر LED های پرمصرف کمتر از نشانگرهای کم مصرف است. پیری در درجه اول با کاهش درخشندگی بیان می شود.
در LED های با توان 1W (جریان کاری 0.350A) و قوی تر، اتلاف گرما بسیار بیشتر از 5 میلی متر است. LED های دارای جریان 0.02A هستند. با خروجی نور 1 عدد LED 1W جایگزین حدود 50 LED نوع "5mm". اما همچنین بسیار بیشتر گرم می شود.

در نوارهای LED، اکثریت قریب به اتفاق سازندگان از مقاومت های معمولی به عنوان عناصر تنظیم کننده جریان استفاده می کنند که جریان را محدود می کند. برای عمر طولانی تر، سازندگان تلاش می کنند تا جریان معقولی را با انتشار احتمالی در ولتاژ خروجی منابع تغذیه فراهم کنند. در صورت خرابی سایت نوار led، تعمیر نور پس زمینه به لحیم کاری مناطق سوخته، به عنوان یک قاعده، مضرب 5 یا 10 سانتی متر می رسد.

عمر مفید نوار LED حدود 50 هزار ساعت است.

2. چرا ال ای دی های سفید کمترین طول عمر را دارند؟

متأسفانه هنوز هیچکس ترکیباتی را اختراع نکرده است که نور سفید ساطع کنند. اساس درخشش LED سفید ساختار InGaN است که در طول موج 470 نانومتر (آبی) ساطع می کند و یک فسفر (ترکیب خاص) در بالای آن ته نشین شده است که در طیف گسترده ای از طیف مرئی ساطع می کند و دارای حداکثر در رنگ زرد است. بخش چشم انسان ترکیبی از این نوع را درک می کند رنگ سفید. فسفر عملکرد حرارتی LED را کاهش می دهد، بنابراین عمر آن کوتاه می شود. اکنون تولید کنندگان جهانی در حال اختراع گزینه های جدید و جدید برای کاربرد موثر فسفر هستند.

بیشتر LED های پرقدرت بین 50000 تا 80000 ساعت دوام می آورند. زیاد است یا کم؟

50000 ساعت عبارت است از:

24 ساعت شبانه روز 5.7 سال
18 ساعت در روز 7.4 سال
12 ساعت در روز 11.4 سال
8 ساعت در روز 17.1 سال

3. آیا LED ها داغ می شوند؟...

همه جا می گویند که LED ها عملا گرم نمی شوند. پس چرا وسایل ال ای دی به هیت سینک نیاز دارند و اگر هیت سینک وجود نداشته باشد چه اتفاقی می افتد؟

به اصطلاح اتصال p-nکریستال به طور کلی، این جایی است که یک نوع فلز (-p) با نوع دیگری (-n) متصل می شود. وظیفه یافتن چنین ترکیبی از هادی های مختلف است تا حداکثر نور ممکن از این ناحیه با حداقل تلفات خارج شود.

و از اینجاست که مشکلات شروع می شود. ترکیب ایده آل هادی -p و -n هنوز پیدا نشده است و بعید است که پیدا شود و خواه ناخواه همیشه تلفات وجود خواهد داشت. بنابراین، همراه با ذرات نور مرئی، هنوز ساطع نشده است تعداد زیادی ازحرارت. در گذشته، زمانی که LED ها آنقدر کم نور بودند که فقط برای نشان دادن استفاده می شدند، هیچ کس این گرمای ساطع شده را در نظر نمی گرفت - آنقدر ناچیز بود.

در حال حاضر، با ظهور LED های قدرتمند و فوق العاده قدرتمند، نسبت نور و گرمای ساطع شده از کریستال ثابت مانده است، اما اکنون این نسبت ملموس تر است. برای وضوح، به تراشه معمولی معمولی نگاه کنید. فرض کنید این یک تراشه 1 در 1 سانتی متری است، هر چه این تراشه وظایف بیشتری انجام دهد، بیشتر گرم می شود. اما اگر این یک ریزمدار ساده باشد، خود کیس ریز مدار و همچنین پین‌های فلزی-تماس‌هایی که با آن به برد لحیم شده است، می‌توانند به عنوان یک هیت سینک عمل کنند. اگر بخواهیم میلیون ها بار بیشتر قرار دهیم عناصر نیمه هادیو این ریزمدار را میلیون‌ها برابر بیشتر انجام دهید - تولید گرما چندین برابر افزایش می‌یابد و ما باید آن را مجبور کنیم تا خنک شود. برای اینکه دور نشوید، به هر یک از پردازنده های رایانه فعلی نگاه کنید - همه آنها به یک هیت سینک آلومینیومی یا مسی با یک فن جریان هوای اجباری مجهز شده اند.

در LED هم همین اتفاق می افتد. هنگامی که سعی می کنیم نور بیشتری را از همان ناحیه تراشه خارج کنیم، مقدار گرمای تولید شده در داخل کریستال به طور متناسب افزایش می یابد. و برای از بین بردن آن نیاز به خنک سازی دارید.

بنابراین، برای ال‌ای‌دی‌های پرقدرت از نوع پیرانا، بدنه آن‌ها و برد مدار چاپی که ال‌ای‌دی روی آن وصل شده است، به عنوان هیت سینک کافی است. اما برای یک LED سنگین، خنک کننده اضافی به شکل رادیاتور از قبل مورد نیاز است. اما این گرما از کجا می آید؟ در LED، همانطور که قبلا ذکر شد، در هنگام تبدیل برق به نور تلفات وجود دارد. اما بخشی از این نور (فوتون ها) در داخل کریستال باقی می ماند. در مورد کریستال هایی که نور نسبتاً زیادی خارج می شود و مقدار کمی در آن باقی می ماند، تعریف "بازده کوانتومی بالا" صدق می کند. اگر خود LED به اندازه کافی روشن نیست و لومن های خروجی نسبتا کمی در هر وات ولتاژ اعمال شده وجود دارد، تعریف کریستال با بازده کوانتومی کم در اینجا اعمال می شود.

بنابراین برای هر LED متوسط، دمای تراشه همیشه همراه با قدرت آن افزایش می‌یابد. معمول دمای کار LED های تولید شده امروزه از 50 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد متغیر است و با در نظر گرفتن پیشرفت مداوم فناوری ها، در آینده نزدیک می تواند به 200 درجه سانتیگراد برسد.

اگر ال ای دی های قدرتمنددر یک مجموعه خاص ترکیب شده و حتی در یک جعبه مهر و موم نصب شده است، سپس گرمایش قابل توجه می شود. و اگر گرما حذف نشود، اتصال نیمه هادی بیش از حد گرم می شود، که ویژگی های کریستال را تغییر می دهد و پس از مدتی ممکن است LED از کار بیفتد. بنابراین کنترل دقیق میزان گرما و اطمینان از اتلاف گرما بسیار مهم است. ویژگی های حرارتی دستگاه ها قبلاً در مرحله طراحی محاسبه شده است که هر گونه مشکل در کار را از بین می برد.

ال ای دی به افزایش دما چگونه واکنش نشان می دهد؟

در مورد دمای LED، لازم است بین دمای سطح کریستال و در ناحیه اتصال p-n تمایز قائل شد. به طور کلی، این جایی است که یک نوع فلز (-p) با نوع دیگری (-n) متصل می شود. طول عمر به اولی بستگی دارد، خروجی نور به دومی بستگی دارد. به طور کلی، با افزایش دمای اتصال p-n، روشنایی LED کاهش می یابد، زیرا بازده کوانتومی داخلی به دلیل تأثیر ارتعاشات شبکه کاهش می یابد. به همین دلیل است که اتلاف گرمای خوب بسیار مهم است.

به عنوان مثال، کری ال ای دی روی برد مدار چاپی قرار داده شد. شکل 7 نتایجی را نشان می دهد که دما را بدون هیت سینک (سمت چپ) و با هیت سینک (راست) نشان می دهد.

کاهش روشنایی با افزایش دما برای LED های رنگ های مختلف یکسان نیست. برای ال ای دی های AlGalnP و AeGaAs بیشتر است، یعنی برای قرمز و زرد، و برای InGaN، یعنی سبز، آبی و سفید کمتر است.

4. تفاوت LED RGB تمام رنگی و LED تک رنگ چیست؟

در یک LED تمام رنگی، کریستال های مستقل از سه رنگ درخشش (R + G + B) روی یک بستر نصب می شوند و یک LED تک رنگ حاوی یک کریستال (ها) از هر رنگ درخشنده است.

5. چگونه روشنایی LED را تنظیم کنیم؟

روشنایی LED ها به خوبی قابل تنظیم است، اما نه با کاهش ولتاژ تغذیه - این کار را نمی توان انجام داد - بلکه با روش به اصطلاح مدولاسیون عرض پالس (PWM) که نیاز به یک واحد کنترل ویژه دارد (در واقع، را می توان با منبع تغذیه و مبدل و همچنین با یک کنترل کننده رنگ ماتریس RGB ترکیب کرد).

روش PWM در این واقعیت نهفته است که نه یک جریان ثابت، بلکه یک جریان مدوله شده با پالس به LED عرضه می شود و فرکانس سیگنال باید از صدها تا هزاران هرتز باشد و عرض پالس ها و مکث های بین آنها می تواند تغییر کند. متوسط ​​روشنایی LED قابل کنترل می شود در حالی که LED خاموش نمی شود.

6. بازده کوانتومی LED چیست؟

بازده کوانتومی تعداد کوانتوم های نوری گسیل شده در هر جفت الکترون-حفره نوترکیب شده است. بین بازده کوانتومی داخلی و خارجی تمایز قائل شوید. داخلی در خود اتصال p-n است، خارجی برای دستگاه به طور کلی است (در نهایت، نور می تواند "در طول مسیر" از بین برود - جذب، پراکنده شود). راندمان کوانتومی داخلی برای کریستال های خوب با اتلاف گرما خوب تقریباً به 100 درصد می رسد، رکورد بازده کوانتومی خارجی برای LED های قرمز 55 درصد و برای LED های آبی 35 درصد است. راندمان کوانتومی خارجی یکی از ویژگی های اصلی بازده LED است. .

7. امروزه فناوری های ساخت ال ای دی چیست؟

به طور کلی، این فناوری به این شکل است: صفحات یاقوت کبود مصنوعی در "رآکتور" نصب شده است (یک نصب رشد همپای). سپس مخلوط گاز تغذیه می شود. پایه با صفحات قرار داده شده روی آن در راکتور با سرعت 1000 دور در دقیقه می چرخد. در فرآیند چرخش، اتم‌های گاز به سطح بستر کریستالی می‌چسبند و ده‌ها لایه را تشکیل می‌دهند. به نظر می رسد یک کریستال LED با ضخامت صدها میکرون.
مرحله بعدی پردازش مسطح لایه ها است: اچ کردن آنها، ایجاد تماس با لایه های n و p، و پوشش با لایه های فلزی برای سرب های تماسی. سپس صفحات به کریستال های جداگانه جدا می شوند. یک فیلم رشد شده روی یک بستر واحد را می توان به چندین هزار تراشه در اندازه های 0.24x0.24 تا 1x1 میلی متر مربع برش داد. هر چه مساحت کریستال بزرگتر باشد، هنگام عبور جریان از آن، نور بیشتری می تواند ساطع کند.

این فناوری "اپیتاکسی آلی فلزی" نامیده می شود. این فرآیند به گازهای بسیار خالص نیاز دارد. راکتورهای مدرن اتوماسیون و کنترل ترکیب گازها، جریان مجزای آنها و کنترل دقیق دمای گازها و بسترها را فراهم می کنند. ضخامت لایه های رشد یافته در محدوده ای از ده ها آنگستروم تا چندین میکرون اندازه گیری و کنترل می شود. لایه‌های مختلف باید با ناخالصی‌ها، اهداکننده‌ها یا گیرنده‌ها دوپ شوند تا پیوند p-n با غلظت بالایی از الکترون‌ها در ناحیه n و حفره‌هایی در ناحیه p ایجاد شود.

مرحله بعدی ایجاد LED از این تراشه ها است. لازم است کریستال را در کیس نصب کنید، سیم های تماسی ایجاد کنید، پوشش های نوری ایجاد کنید که سطح را برای خروجی تشعشع روشن می کند یا آن را منعکس می کند. اگر دیود نور سفید است، باید فسفر را به طور مساوی اعمال کنید. برای اطمینان از حذف گرما از کریستال و کیس، یک گنبد پلاستیکی که تابش را به زاویه جامد مورد نظر متمرکز می کند، ضروری است. حدود نیمی از هزینه یک LED توسط این مراحل با تکنولوژی بالا تعیین می شود.

اطمینان و کنترل یکنواختی سازه ها در سطح زیرلایه ها بسیار مهم است. هزینه دستگاه های رشد همپای نیتریدهای نیمه هادی که در اروپا (Aixtron و Thomas Swan) و ایالات متحده آمریکا (Emcore) توسعه یافته است، به 1.5 - 2 میلیون دلار می رسد. تجربه شرکت های مختلف نشان داده است که می توان در مدت یک تا سه سال نحوه دستیابی به سازه های رقابتی با پارامترهای لازم را بر روی چنین نصبی آموخت. این یک فناوری است که نیاز به فرهنگ تولید بالایی دارد.

نیاز به افزایش توان برای افزایش شار نورانیمنجر به این واقعیت شد که شکل سنتی LED های بسته بندی شده به دلیل اتلاف حرارت ناکافی تولید کنندگان را راضی نمی کند. لازم بود تراشه تا حد امکان به سطح رسانای گرما نزدیک شود. در این راستا، پیشرفته‌ترین فناوری COB (تراشه روی برد) جایگزین فناوری سنتی و تا حدودی پیشرفته‌تر فناوری SMD (جزئیات مونتاژ سطحی - نصب سطحی قطعات) می‌شود. LED تولید شده با استفاده از فناوری SOW به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است.

LED های ساخته شده با فناوری های SMD و COB مستقیماً روی یک بستر مشترک نصب می شوند (چسبانده می شوند) که می تواند به عنوان یک رادیاتور عمل کند - در این مورد از فلز ساخته شده است. به این ترتیب ماژول های LED ایجاد می شوند که می توانند شکل خطی، مستطیلی یا گرد داشته باشند، سفت یا انعطاف پذیر باشند، به طور خلاصه، طراحی شده اند تا هر هوس طراح را برآورده کنند. ظاهر شدن و لامپ ال ای دیبا پایه مشابه با هالوژن های ولتاژ پایین که برای جایگزینی آنها طراحی شده است. و برای لامپ ها و نورافکن های قدرتمند، مجموعه های LED روی یک رادیاتور عظیم ساخته می شوند.

قبلاً تعداد زیادی LED در تابلوهای LED وجود داشت. اکنون، با افزایش قدرت، LED های کمتری وجود دارد، اما سیستم نوری، که شار نور را به زاویه جامد مورد نظر هدایت می کند، نقش مهمی ایفا می کند.

8. ال ای دی در حال حاضر کجا استفاده می شود و چشم انداز آنها چیست؟

استفاده از روشنایی LED در مواردی که به قابلیت اطمینان بالا نیاز است، در مواردی که تعمیر و نگهداری نصب روشنایی بسیار گران است و نیاز به تجهیزات خاص یا کوهنوردان دارد، در مواردی که لازم است از راه حل های رنگی پویا استفاده شود، جایی که به یک راه حل کارآمد انرژی نیاز است، استفاده شود. به عنوان مثال، هنگامی که توسط ژنراتورهای مختلف تغذیه می شود.

روی پشت سکه: لامپ های LED برای نورپردازی کم، اما تماشایی ایده آل هستند. این نمونه خاص نسبت به کوچکترین لامپ های هالوژن 15 واتی 90 درصد انرژی کارآمدتر است.

هر سال، خروجی نور و راندمان LED ها 30-50٪ افزایش می یابد. از سال 2008، لامپ های LED در حال حاضر بیشتر از لامپ ها در معماری، تزئینی، منظره، نورپردازی زیر آب، روشنایی تعطیلات، تجارت نمایشی و همچنین در کاربردهای ویژه - به عنوان مثال در پزشکی و تولید محصولات کشاورزی استفاده می شوند.

در آینده قابل پیش بینی، LED ها احتمالا جایگزین لامپ ها در روشنایی اضطراری مکان های عمومی - ورودی ساختمان های مسکونی، علائم نور و غیره می شوند. و همچنین در حمل و نقل - در هواپیما، قطار، اتومبیل. و با پیشرفت تکنولوژی و کاهش هزینه های تولید، هم اکنون به روشنایی شبانه جاده ها و خیابان ها می رسد. همه اینها باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی در مقیاس ملی می شود.

9. چه شرکت های جهانی ال ای دی تولید می کنند؟

لیست تولید کنندگان پیشرو در جهان:
- «CREE» (ایالات متحده آمریکا)؛
- «اسرام» (آلمان)؛
- "Lumields Luxeon" (ایالات متحده آمریکا)؛
- "نیمه هادی سئول" (کره جنوبی)؛
- «نینچا» (ژاپن)؛
- "Epistar" (تایوان)؛

- "ادیسون" (تایوان)؛

- "Prolight Opto" (تایوان).

هر سال، شار نور پربارترین LED هر یک از مارک های جهان به طور پیوسته 20-30٪ افزایش می یابد. هزینه 100 لیتر شار نوری 10 تا 15 درصد در سال کاهش می یابد و از این رو کاهش قیمت ثابت سالانه برای محصولات روشنایی LED است.

قیمت ثابت LEDالبته بستگی به هزینه خود LED ها دارد. ال ای دی ها در تولید انبوه محصولات روشنایی بیشترین ردیف بودجه را برای تولید دستگاه های ال ای دی تشکیل می دهند.

10. چه کسی LED را اختراع کرد؟

در اوایل سال 1907، برای اولین بار درخشش ضعیفی که توسط کریستال‌های کاربید سیلیکون به دلیل تبدیل‌های الکترونیکی ناشناخته ساطع می‌شد، مشاهده شد. در سال 1923، هموطن ما، کارمند آزمایشگاه رادیویی نیژنی نووگورود، اولگ لوسف، در طول تحقیقات مهندسی رادیویی خود با آشکارسازهای نیمه هادی به این پدیده اشاره کرد، اما شدت تشعشع مشاهده شده به قدری ناچیز بود که جامعه علمی روسیه در آن زمان چندان قابل توجه نبود. به طور جدی به این پدیده علاقه مند هستند.
پنج سال بعد، لوسف به طور خاص به تحقیق در مورد این تأثیر پرداخت و آنها را تقریباً تا پایان زندگی خود ادامه داد (O.V. Losev در ژانویه 1942 در لنینگراد محاصره شده درگذشت، قبل از اینکه 39 ساله شود). کشف "Losev Licht"، همانطور که این اثر در آلمان نامیده می شد، جایی که لوسف در مجلات علمی منتشر می کرد، یک حس جهانی شد. و پس از اختراع ترانزیستور (در سال 1948) و ایجاد نظریه اتصال p-n (پایه تمام نیمه هادی ها) ماهیت درخشش مشخص شد.

در سال 1962، نیک هولونیاک آمریکایی عملکرد اولین LED را به نمایش گذاشت و مدت کوتاهی پس از آن شروع به تولید نیمه صنعتی LED ها را اعلام کرد.

LED (دیود انتشار نور - LED) می باشد دستگاه نیمه هادیبخش فعال آن که "کریستال" یا "تراشه" نامیده می شود، مانند دیودهای معمولی، از دو نوع نیمه هادی تشکیل شده است - با رسانایی الکترونیکی (نوع n) و سوراخ (نوع p). بر خلاف یک دیود معمولی، در یک LED، در رابط بین نیمه هادی های انواع مختلف، یک مانع انرژی خاصی وجود دارد که از ترکیب مجدد جفت الکترون-حفره جلوگیری می کند. میدان الکتریکی اعمال شده بر کریستال غلبه بر این مانع را ممکن می‌سازد و نوترکیبی (نابودی) این جفت با گسیل یک کوانتوم نوری رخ می‌دهد. طول موج نور ساطع شده توسط سد انرژی تعیین می شود که به نوبه خود به مواد و ساختار نیمه هادی و همچنین وجود ناخالصی ها بستگی دارد.

بنابراین، اول از همه، شما به یک اتصال p-n نیاز دارید، یعنی تماس دو نیمه هادی با انواع متفاوتهدایت برای انجام این کار، لایه های نزدیک به تماس یک کریستال نیمه هادی با ناخالصی های مختلف دوپ می شوند: از یک طرف، گیرنده، از سوی دیگر، دهنده.

اما هر پیوند p-n نور ساطع نمی کند. چرا؟ ابتدا، شکاف باند در ناحیه فعال LED باید نزدیک به انرژی کوانتای نور در محدوده مرئی باشد. ثانیاً، احتمال انتشار در طول بازترکیب جفت‌های الکترون-حفره باید زیاد باشد، که برای آن کریستال نیمه‌رسانا باید دارای نقص‌های کمی باشد، به همین دلیل، نوترکیبی بدون تشعشع رخ می‌دهد. این شرایط تا حدی با هم در تضاد هستند.

در واقع، برای برآوردن هر دو شرط، یک اتصال pn در یک کریستال کافی نیست، و لازم است ساختارهای نیمه هادی چند لایه، به اصطلاح، ساخته شوند. ناهم ساختارهابرای مطالعه آن، آکادمیک ژورس آلفروف، فیزیکدان روسی، جایزه نوبل را در سال 2000 دریافت کرد.

11. دستگاه ال ای دی.

اصلی ترین مواد مدرن مورد استفاده در کریستال های LED:

InGaN - LED های آبی، سبز و ماوراء بنفش با روشنایی بالا؛

AlGaInP - LED های زرد، نارنجی و قرمز با روشنایی بالا؛

AlGaAs - LED قرمز و مادون قرمز؛

GaP - LED های زرد و سبز.

چیدمان ال ای دی های 5 میلی متری (چپ) و ال ای دی های پرقدرت (راست)

دستگاه LED انواع مختلفدر شکل ها ساده شده است. نور ساطع شده توسط یک کریستال نیمه هادی وارد یک سیستم نوری مینیاتوری می شود که توسط یک بازتابنده کروی و خود محفظه دیود عدسی شکل شفاف تشکیل شده است. با تغییر پیکربندی بازتابنده و عدسی، با نصب لنزهای ثانویه، جهت تابش مورد نیاز به دست می آید.

سه تراشه RGB LED زیر میکروسکوپ

علاوه بر LED های نوع لامپ (3،5،10 میلی متر، شکل آنها واقعاً شبیه یک لامپ مینیاتوری با دو سرب) است. اخیراال ای دی های SMD روز به روز محبوب تر می شوند. آنها طراحی کاملا متفاوتی هستند که الزامات فناوری را برآورده می کنند. نصب اتوماتیکروی سطح PCB دستگاه های نصب شده روی سطح - SMD).
و ال ای دی های فوق روشن از این نوع نامیده می شوند امیتر (امیتر، انگلیسی "Emitter").
ال ای دی های SMDابعاد جمع و جورتری دارند، امکان قرار دادن و لحیم کاری خودکار روی سطح تخته را بدون مونتاژ دستی فراهم می کنند. برخی از تولید کنندگان LED دیودهای SMD ویژه حاوی سه کریستال را در یک بسته تولید می کنند. ساطع نورسه رنگ اصلی - قرمز، آبی و سبز. این امکان را فراهم می کند که با مخلوط کردن تشعشعات آنها، کل طیف رنگ، از جمله سفید، با ابعاد فوق العاده فشرده به دست آید.

روشنایی یک LED با شار نوری (Lumens) و شدت نور محوری (candella) و همچنین یک الگوی جهت مشخص می شود. ال ای دی های موجود در طرح های مختلف در یک زاویه ثابت از 4 تا 140 درجه ساطع می کنند.

رنگ، طبق معمول، با مختصات رنگی، دمای رنگ تعیین می شود نور سفید(کلوین)، و همچنین طول موج تابش (نانومتر).

برای مقایسه کارایی LED ها با یکدیگر و با سایر منابع نور، از خروجی نور استفاده می شود: مقدار شار نور در هر وات قدرت الکتریکی(مشخصه "لومن / وات"). همچنین، یک ویژگی جالب قیمت یک لومن (دلار / لومن) است.

با توجه به شدت نور، LED ها به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:

ال ای دی های با روشنایی فوق العاده بالا، توان 1 وات (ال ای دی های با روشنایی فوق العاده بالا) - صدها کاندلا.

LED های با روشنایی بالا با قدرت تا 20 میلی وات (ال ای دی های روشنایی بالا) - صدها و هزاران میلی کندل.

LED های روشنایی استاندارد - ده ها میلی کندل.

بنابراین، هر LED متشکل از یک یا چند کریستال است که در یک محفظه با سیم های تماسی و یک سیستم نوری (عدسی) قرار می گیرد که شار نور را تشکیل می دهد. طول موج تابش کریستال (رنگ) به مواد نیمه هادی و مواد ناخالص بستگی دارد. باینینگ (سطل موج) کریستال ها در طول موج تابش در حین ساخت آنها اتفاق می افتد. در دسته تحویل، کریستال های نزدیک به طیف انتشار در تولید مدرن انتخاب می شوند.

طیف گسترده ای از ویژگی های نوری، اندازه مینیاتوری و امکانات انعطاف پذیر برای کنترل گسسته، استفاده از LED ها را برای ایجاد طیف گسترده ای از وسایل و محصولات روشنایی تضمین کرده است. LED در قسمت باریکی از طیف ساطع می کند، در یک طول موج مشخص رنگ آن خالص است که به ویژه توسط طراحان مورد استقبال قرار می گیرد.

تنوع مدرن ال‌ای‌دی‌ها و به اصطلاح مجموعه‌های ال‌ای‌دی، انتخاب اجزای مناسب برای اجرای برخی کاربردهای روشنایی را اغلب یک کار غیر ضروری می‌سازد. پارامترهای اصلی LED ها رنگی بودن، شدت نور و زاویه دید برای نیمی از قدرت تابش است. اما برای یک انتخاب حرفه ای، ارزیابی کیفیت و کارایی محصولات، باید بسیاری از ویژگی های دیگر LED ها را در نظر گرفت. در زیر لیست کوتاهی از آنها آورده شده است.
مقدار مشخصه ها و پارامترها در یک مورد خاص به نوع کریستال، طراحی و اندازه بازتابنده، ساختار و ضخامت پوشش فسفر، روش های تشکیل عدسی نوری و عوامل دیگر بستگی دارد.

تنظیم حرارت بر عملکرد و عمر مفید تأثیر می گذارد
امروزه ال ای دی ها به دلیل کارایی بالا و عمر طولانی به خوبی شناخته شده اند. اما تعداد کمی از مردم می دانند که این شاخص ها به طور مستقیم به دمای عملیاتی بستگی دارد. هر چه دما کمتر باشد، نور خروجی بیشتر می شود و LED عمر بیشتری خواهد داشت. بنابراین، هنگام طراحی یک چراغ، بسیار مهم است که یک هیت سینک مناسب تهیه کنید.

هر چه سردتر بهتر
کارایی یک LED به شدت به دمای عملیاتی و دمای آن بستگی دارد. محیط. هنگام تعیین مقادیر مرجع، سازنده دمای اتاق 25 درجه سانتیگراد را به عنوان پایه در نظر می گیرد. کارشناسان خاطرنشان می کنند که در شرایط عملیاتی معمولی، دمای محل اتصال 80 درجه سانتی گراد یا بالاتر است. در عین حال، بر خلاف یک لامپ فلورسنت، برای مثال، که دمای ایده آل برای آن 35 درجه سانتیگراد است، مفهوم دمای کارکرد بهینه برای یک LED وجود ندارد. اگر دما بالاتر یا کمتر از دمای اعلام شده باشد، بازده دستگاه روشناییکاهش محسوسی خواهد داشت. برای LED ها موارد زیر مرتبط است: هر چه دما کمتر باشد، بهتر است. این را می توان در فریزرهای عمیق مشاهده کرد، جایی که کارایی LED ها بسیار بالاتر از مقادیر مرجع است.
*بعضی از سازندگان LED ها را به جای 25 درجه سانتیگراد در دمای 85 درجه سانتیگراد آزمایش می کنند. نتایج در به اصطلاح "لومن داغ" داده می شود. هر چه سردتر بهتر - با افزایش دما، خروجی نور کاهش می یابد

دما طول عمر را تعیین می کند
طول عمر LED به دمای کارکرد نیز بستگی دارد. امروزه یک لامپ LED باکیفیت باید حدود 50000 ساعت دوام بیاورد. اما این امر مستلزم تحقق دو شرط مهم است. در مرحله اول، طول عمر مشخص شده با در نظر گرفتن دمای عملیاتی 80-85 درجه سانتیگراد تعیین می شود. دماهای بالاتر به طور قابل توجهی عمر دستگاه را کاهش می دهد. و بالعکس بیشتر دمای پایینعمر سرویس را افزایش خواهد داد. و در مرحله دوم، باید این واقعیت را در نظر گرفت که LED ها به تدریج روشنایی خود را از دست می دهند. به طور متوسط، پس از 50000 ساعت کارکرد، شار نور ال ای دی ها نسبت به سطح اولیه 70 درصد کاهش می یابد. دمای کار بر عمر تأثیر می گذارد - LED ها تا 50000 ساعت در دمای 80-85 درجه سانتیگراد دوام می آورند.

روی خنک کننده تمرکز کنید
تولید کنندگان مسئول توجه زیادی به تنظیم حرارتی خود دارند لامپ های ال ای دی. برای رسیدن به اهداف خود از صفحات خنک کننده و یک فویل رسانا مخصوص استفاده می کنند. به لطف چنین اقداماتی، دمای عملکرد LED ها در 60 درجه سانتیگراد تغییر می کند و بنابراین عمر دستگاه به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

کپی ممنوع حقوق ترجمه مطابق با هنر متعلق به شرکت مهتاب است. 1260 قانون مدنی فدراسیون روسیه.

به نظر می رسد که اکثر LED ها، به معنای معمول، برخلاف بسیاری از منابع نوری دیگر، گرمای قابل توجهی از خود ساطع نمی کنند، اما اینطور نیست. در واقع، کنترل دمای مناسب شاید مهمترین جنبه طراحی سیستم LED باشد. این امر به ویژه برای روشنایی LED ها، زمانی که تعداد زیادی ساطع کننده به اندازه کافی قدرتمند در لامپ متمرکز شده اند، صادق است. این مقاله به نقش گرما در بهره وری LED می پردازد.

همه منابع نور تبدیل می شوند انرژی الکتریکیبه انرژی تابش و گرما در نسبت های مختلف. لامپ های رشته ای عمدتاً اشعه مادون قرمز (IR) با مقدار کمی نور مرئی ساطع می کنند. منابع فلورسنت و متال هالید بیشتر انرژی خود را به نور مرئی تبدیل می کنند، اما در مناطق مادون قرمز (IR)، اشعه ماوراء بنفش (UV) و حرارتی طیف نیز ساطع می کنند. ال‌ای‌دی‌ها انرژی IR یا UV کمی تولید می‌کنند یا اصلاً انرژی مادون قرمز تولید می‌کنند، اما فقط 20 تا 30 درصد انرژی را به نور مرئی تبدیل می‌کنند. بقیه انرژی به گرما تبدیل می شود که باید با استفاده از برد مدار اصلی و هیت سینک، محفظه یا عناصر قاب چراغ روشنایی از محفظه LED خارج شود. جدول زیر نسبت های تقریبی را نشان می دهد که در آن انرژی ورودی توان به گرما و انرژی تابشی، از جمله نور مرئی، برای منابع مختلف نور چند رنگ (سفید) تبدیل می شود.

ارزیابی ضریب تبدیل توان، برای منابع نور "سفید".

†از کتاب راهنما
‡OSRAM SYLVANIA
* به کارایی LED بستگی دارد. این محدوده برای بهترین فناوری فعلی است دمای رنگاز گرم (150 lm/W) تا سرد (100 lm/W). برنامه پیش رو وزارت انرژی ایالات متحده (مارس 2009) بیش از 50 درصد افزایش بهره وری را تا سال 2025 می طلبد.

چرا موضوع حرارتی اینقدر مهم است؟

گرمای اضافی به طور مستقیم بر راندمان جریان و تغییر راندمان در طول زمان تأثیر می گذارد. اثرات کوتاه‌مدت (برگشت‌پذیر) تغییر رنگ و کاهش خروجی نور است، در حالی که اثر بلندمدت کاهش شتاب‌زده در خروجی نور و در نتیجه کاهش عمر مفید LED است.

خروجی نور LED های تک رنگ رنگی مختلف تحت تأثیر تغییرات دما قرار می گیرد. بنابراین، ال‌ای‌دی‌های کهربایی و قرمز به دما حساس‌ترین و آبی کمترین حساسیت را دارند (نمودار را ببینید). اگر دمای کارکرد با دمای توصیه شده متفاوت باشد، این وابستگی‌های فردی به دما می‌تواند منجر به تغییر رنگ قابل‌توجه در سیستم‌های مبتنی بر RGB شود. تولید کنندگان LED محصولات خود را برای روشنایی و رنگ بر اساس اندازه گیری های فتومتریک تحت شرایط خاص آزمایش و مرتب می کنند - هنگام اعمال یک پالس پرقدرت 25 میلی ثانیه ای در دمای ثابت 25 درجه سانتیگراد. در طول مدت پالس، دمای تراشه عملا تغییر نمی کند. در حالت عملکرد، دی سیدر دمای اتاق و اعمال اقدامات فنی برای کاهش دما، دمای تراشه LED به طور کلی 60 درجه سانتیگراد یا بالاتر است. بنابراین، LED های سفید حداقل 10٪ نور کمتری نسبت به آنچه توسط سازنده مشخص شده است، ارائه می دهند و کاهش در خروجی لومن برای محصولاتی با اتلاف حرارت ناکافی می تواند به طور قابل توجهی بیشتر باشد.

زمان کار مداوم در دماهای بالا به طور قابل توجهی روند کاهش روشنایی (تخریب) را تسریع می کند که در نهایت منجر به کاهش عمر مفید می شود. نمودار زیر شار نور را در طول زمان نشان می دهد (داده های تجربی تا 10000 ساعت و برون یابی بیشتر) برای دو LED یکسان در جریان یکسان، اما با اختلاف دمای تراشه 11 درجه سانتی گراد. عمر تخمینی (تعریف شده به عنوان کاهش 70٪ در شار نوری) از حدود 37000 ساعت به 16000 ساعت (57٪ تغییر) در افزایش 11 درجه سانتیگراد در دما کاهش یافت.

با این حال، سازندگان همچنان به بهبود دوام LED ها در دمای عملیاتی بالاتر ادامه می دهند. به عنوان مثال، سازندگان LED های سفید با قدرت بالا معمولاً طول عمر حدود 50000 ساعت را با کاهش 70 درصد لومن، در دمای تراشه تا 100 درجه سانتی گراد تخمین می زنند.

چه چیزی دمای یک تراشه LED را تعیین می کند؟

سه دلیل در درجه اول بر دمای تراشه LED تأثیر می گذارد: جریان درایو، راندمان اتلاف گرما و دمای محیط. به طور کلی، هر چه جریان درایو بیشتر باشد، اتلاف گرما بیشتر است. گرما باید از تراشه حذف شود تا خروجی لومن، رنگ و عمر مورد انتظار حفظ شود. مقدار حرارتی که می توان از سیستم خارج کرد به دمای محیط و طراحی هیت سینک بستگی دارد.

معمول سیستم LEDتوان بالا از یک رادیاتور، یک برد مدار چاپی مبتنی بر فلز (MCPCB) و همچنین یک هیت سینک خارجی تشکیل شده است. امیتر شامل یک تراشه LED، اپتیک کپسوله شده، یک بستر رسانای حرارتی (برای حذف گرما از تراشه استفاده می شود) و به MCPCB لحیم می شود. MCPCB نوع خاصی از برد مدار چاپی با یک لایه دی الکتریک نازک بر روی یک بستر فلزی (معمولا آلومینیوم) است. MCPCB به طور مکانیکی به یک هیت سینک خارجی متصل می شود، که ممکن است دستگاهی باشد که در طراحی لامپ ادغام شده است. در برخی موارد، نقش رادیاتور توسط بدنه نگهدارنده لامپ انجام می شود. اندازه هیت سینک به مقدار حرارتی که باید دفع شود و خواص ترموفیزیکی مواد بستگی دارد.

طراحی حرارتی و آگاهی محیطی ملاحظات حیاتی در توسعه و کاربرد وسایل روشنایی LED است. قابلیت اطمینان محصول، و در نتیجه ارزش تجاری آن، در درجه اول به طراحی هیت سینک برای اتلاف گرما و توانایی به حداقل رساندن دمای هیت سینک بستگی دارد. برای به حداکثر رساندن پتانسیل عملکرد LED ها، نگه داشتن دمای تراشه در منطقه پایین تر توصیه شده توسط مشخصات سازنده ضروری است.

از سال 2011، تجزیه و تحلیل بولتن های وزارت انرژی ایالات متحده.
انتخاب و ترجمه - Lanskoy A.O.، نوامبر 2011