Светодиоды (русское сокращение СД, английское — LED, Light Emitting Diodes) — полупроводниковые приборы, которые при протекании тока излучают свет, т.е. преобразуют электрическую энергию в световую. Светодиоды в 60-80 гг. ХХ-го века широко применялись в разного рода индикаторах и цифробуквенных указателях. Они имели красный, оранжевый и желто-зеленый цвет свечения. Открытия и изобретения в физике в 90-х гг. привели к созданию высокоэффективных светодиодов, излучающих в видимой области спектра, от ближнего ультрафиолетового до чисто зеленого диапазона [1, 2]. Яркие светодиоды, излучающие во всей видимой области, дали возможность создания светодиодных источников белого света.
В начале XXI века были разработаны государственные программы развития светодиодного освещения в Японии, США, Китае, Корее, Европейском Союзе. Промышленность светодиодов и светодиодное освещение развивались бурными темпами, опережая смелые предсказания специалистов. Были выращены сложные полупроводниковые структуры с десятками слоев толщиной порядка нанометров. Были разработаны новые типы светодиодов и светодиодные лампы, определены их области применения. Светодиодная промышленность стала перспективной областью экономики.
Российская научная и инженерная школа внесла важный вклад в исследования и разработки СД. Международное признание этого — Нобелевская премия академика Ж.И. Алферова [3]. С 2000 года Всероссийские конференции, международные выставки, посвященные светодиодам и их применению, проводились в России ежегодно. Число производителей светотехнических изделий на основе СД в России быстро увеличивалось. Начал формироваться рынок такой продукции. Стала необходимой подготовка кадров по светотехнике и электротехнике, по полупроводниковой технологии, которые смогли бы развивать светодиодное освещение в России. Надо знакомить с этой тематикой людей, которые будут использовать СД. В брошюре рассмотрены свойства светодиодов белого свечения и их преимущества, изложена экономическая целесообразность их использования и области применения.
Светодиоды белого свечения
Последнее десятилетие стало свидетелем бурного развития светодиодных источников света. Рассмотрим свойства СД белого свечения. Надо понять, что обусловило достижение рекордного значения световой отдачи СД белого свечения до 210 лм/Вт в 2011 г. Белый свет можно создать сложением излучения СД трех цветов — красного, зеленого и синего. Для лучшего воспроизведения белого света заданного оттенка можно использовать СД четырех и более цветов. Это позволяет наилучшим образом управлять цветовыми характеристиками излучателя, изменяя ток через отдельные диоды, но требует источника питания с заданным напряжением для каждого из СД.
Второй способ — синий СД, покрытый желтым или желто-зеленым люминофором. Это — наиболее простой применяемый способ, потому что в данном случае требуется только один источник питания. Он наиболее широко применяется в массовом производстве СД белого свечения, но его цветовые характеристики уступают получаемым другими способами.
Третий способ — синий СД, покрытый двумя люминофорами, зеленым и красным — позволяет получить лучшие цветовые характеристики.
Четвертый способ — ультрафиолетовый (УФ) СД, покрытый тремя люминофорами, красным, зеленым и голубым (RGB). Он имеет преимущества известных люминофоров для люминесцентных ламп, но для него неизбежны потери энергии при преобразовании УФ-излучения в длинноволновое.
Эффективность полупроводниковых источников света — световая отдача — определяется произведением нескольких множителей:
Один из них, η е1ес - коэффициент электрической эффективности СД. Он характеризует долю падения напряжения на той области светодиода, в которой идет рекомбинация электронно-дырочных пар (активной области), по отношению к общему напряжению на СД. Другой множитель — внутренний квантовый выход излучения, ηIQΕ — характеризует вероятность излучательной рекомбинации относительно общего потока рекомбинации в этой активной области. Третий множитель, '/ех/гас» коэффициент оптического вывода излучения — это отношение светового потока, вышедшего из полупроводникового кристалла, к потоку излучения, возникающему в активной области. Четвертый множитель, ηconv — коэффициент преобразования энергии излучения в люминофоре. Произведение этих четырех множителей определяет коэффициент полезного действия СД, т.е. эффективность преобразования электрической энергии в световую с определенным спектром. Наконец, множитель К — световая эффективность или люмен-эквивалент, определяется чувствительностью человеческого зрения к излучению с данным спектром и имеет размерность лм/Вт.
Световая отдача светотехнических устройств с СД меньше, чем просто у СД. Она зависит от конструкции отражателей и рассеивающих поверхностей; за последние годы она достигла 120 лм/Вт.
Источник: http://energosovet.ru |
