Светодиод спектральные характеристики


Сказ о том как спектральные характеристики освещения влияют на нашу жизнь / Geektimes

Граждане читатели, технари и гуманитарии, вы находитесь в опасности, немедленно переместитесь на улицу под теплое летнее солнышко (если погода позволяет), это не учебная тревога! Повторяю это не учебная тревога! Ну а если окружающие не оценят вашу попытку провести эвакуацию, то устраивайтесь поудобнее и давайте поговорим с вами об освещении. Если в двух словах, статья про воздействие бытового (внутреннего) освещения на наш с вами организм. Я постараюсь не перегружать статью техническими сведениями, для всех любознательных коллег оставлю соответствующие ссылки. Однако, без графиков все же не обойдемся (люблю я их просто). Статья получилась длинная, так что в итоге я решил что мы рассмотрим в первую очередь спектральную характеристику освещения (тут подробнее).

Итак, представьте, друзья, что живет где-то на свете среднестатистический человек, назовем его Василий. И вот значится жил себе жил Василий 20 лет на опушке леса в средней полосе нашей бескрайней родины, да вот захотелось ему «кофе от лучших бариста», свитшотов, да «айфонов» глянцевых и решил Василий в город податься. А чтобы ему совсем не сладко жилось, то решил он податься в офис на цокольном этаже в славный город Мурманск, ну в общем в «бетонную коробку офисную», дабы трудится там не покладая рук и света божьего не видеть.

А вот, что же там Василия ждало, спрятано под катом, всех любознательных милости просим.

Статья будет большая и по смыслу делиться на три части 1 – Спектральные характеристики источников света 2 – Как можно померить спектр с помощью прямых рук и «синей изоленты» 3 – Кратко о воздействии света на человека

*Примечания представленные в статье спектры ввиду технических ограничений могут отличаться от реальных источников света, если есть желание проверьте сами.

Часть 1 – спектральные характеристики источников света
Для начала рассмотрим основные моменты

1. До массового внедрения в быт электрических источников света, человечество во многом подстраивало свою жизнедеятельность (суточный цикл) под естественное освещение. 2. Естественное освещение изменяется втечении суток, спектр излучения у него непрерывный, солнце светит в ультрафиолетовом, видимом, и инфракрасных диапазонах. для естественного освещения не характерна пульсация. 3. Современный человек обычно проводит добрых 90% своего времени в помещениях (транспорт тоже будем считать искусственной средой) 4. В помещениях человек, часто пользуется искусственным освещением (или совмещенным), даже летним днем не все имеют возможность использовать только естественное освещение 5. Свет влияет на биологические процессы в организме человека

Вот так выглядит спектр солнца с «радугой» и графиком, кто-то добросовестно сфотографировал московское небо

Вот тут есть еще

Вернемся к Василию. Как мы помним почти всю свою сознательную жизнь он провел на природе, посмотрим как ему светило солнышко, и почему от него у ежей быстрей росли колючки.

Ответственные мужи занимающиеся светотехникой сделали для нас модель условного дневного света различной цветовой температуры( это xls в котором можно моделировать не бойтесь ), мы представим, что ранним утром Василию светило солнышко с температурой 4000К, в полдень с температурой 5500К ну а днем все 7000К, ну а к ночи двигалось в обратном порядке (примерная цветовая температура источников света тут).

Но такое лакомое солнышко светило очень и очень давно, что может ждать нашего героя попавшего в «бетонную коробку»? Учитывая, что большинство людей занятых на работах не связанных с производством, вряд ли сидят в помещениях похожих на офисы категории «А», то многих (и меня в частности) ждет это

Дешёвые люминесцентные лампы с электромагнитной пуско-регулирующей аппаратурой, например ЛБ-40 с индексом цветопередачи (способностью воспроизводить корректно цвета) CRI<70.

Возможно это будут более дорогие заморские баклажанные , лампы от Osram или Philips с CRI>80, ну а поскольку график под рукой у меня завалялся и для компактных люминесцентных ламп КЛЛ, то упомянем и про них.

Картинки с «радугой» под сплойером, рекомендую посмотреть, и сравните с представленным выше московским небом, будет очень наглядно.

Итак, что мы видим, мы видим мечту любого скалолаза и способ проверки друзей по методу В. Высоцкого, а именно, горы и пики, причем чем дешевле лампа тем больше «Гималаи» мы наблюдаем.

О чем нам это говорит? Это говорит нам в первую очередь о том, что свет совсем не такой как естественный. А если учесть, что наш подопытный Василий вынужден сидеть под совсем неизменным светом все свои 8 рабочих часов. Помните график выше? Естественный свет изменяется в течении дня, а этот вот нисколечко нет. Таким образом наш организм страдает от нахождения под непривычным освещением. Что связано с ухудшением здоровья, уменьшением зрительной работоспобности и производительности труда. Не верите мне? Спросите у мудрейшего Юлиан Борисовича Айзенберга (справочник по светотехнике стр. 889).

Где же выход, возможно светодиодное освещение?

Ну пожалуй, что не совсем. Хотя, уже намного лучше. Смотрим на графики и все равно «твой спектр на мамин совсем не похож». Все равно есть пик в синей области, провал в голубой, ну и опять напомню, что большинство светодиодных ламп светит одним цветов в течении дня. Картинок для RGB светодиодов у меня под рукой нет, но поверьте, что там дело обстоит ничуть не лучше (а пожалуй обычно даже хуже).

замеры тем что было под рукой картинка из интернета

Спектр теплого белого СИД под спойлером.

смотрим Итак, вот отпахал Василий свои 8 часов, вернулся домой и, устав от казённых ламп, приходит домой садиться на диван и окунается в теплый ламповый свет.

И, кстати, это не так плохо, для вечернего домашнего освещения, лампа накаливания остается хорошим вариантом. Спектр лампы накаливания во многом соответствует спектру вечернего солнца, и не сильно подавляет выработку мелатонина(об этом чуть позже), опять таки один минус не регулируется в процессе дня.

Спектр лампы накаливания под спойлером:

Смотрим Посидел Василий дома подумал, подумал, решил что не будет больше здоровью вредить станет он дворянкою столбовою фрилансером и будет светом белым управлять, как захочет пока дома работает. И это, кстати, не самый плохой вариант, не смотря на то, что современные диммируемые светодиодные лампы все равно не дают полной идентичности естественному освещению, это все же лучше чем вышеупомянутые ЛБ-40 и даже может быть немного лучше чем просто светодиодные лампы. Причем если RGBW лампы это скорее баловство, то лампы на основе СИД теплого белого и холодного белого света вполне пригодны для освещения. Если заинтересовало, можно посмотреть в эту сторону

По крайней мере такая лампа, может ступенчато имитировать теплый белый, нейтральный белый и холодный белый свет. (под спойлером) Что худо бедно вяжется с естественным солнечным циклом.

Спектры лампы ML-19 Dual White E27 шар 9W (цветовая температура на основании данных производителя)

Часть 2 — как можно померить спектр с помощью прямых рук и синей изоленты
Как-то я уже поднимал эту тему на Хабре. Но, думаю, стоит рассказать вкратце. Итак, мы с вами загорелись картинками с радугой и решили начать везде мерить спектр. Поскольку самый дешёвый спектрометр стоит в РФ больше 70 т.р. (на момент написания статьи), то мы пойдем другим путем.

Есть такие замечательные ребята с портала http://publiclab.org/, много у них там интересной открытой науки и так далее. Но нас интересуют самодельные спектрометры.

К слову там есть несколько типов спектрометров и можно как купить готовый набор для сборки (рекомендую криворуким типа меня), так и собрать самому из подручных средств.

Поскольку я уверен, что если вы дочитали до этого места, то у вас уже горят глаза, чешутся руки и ждать посылку из-за недружественного нам океана, вы не хотите и не будете.

Итак, что нам понадобится и что мы будем делать:

1. Берем желательно плотную чертежную бумагу А4 (Ватман) или плотную матовую фотобумагу, в общем плотную бумагу чем плотнее тем лучше, но думаю если быть очень упорным можно попытаться сделать и из простой правда будет хлипко, (в принципе если дружите с черчением то можете сделать хоть из обувной картонки хоть из текстолита, но я криворук и расскажу свой путь с плотной бумагой.

2. Принтер и схема сборки, распечатываем схему и инструкцию на листе и дальше радостно вырезаем, прорезая необходимые отверстия (щель лучше резать острым скальпелем или лезвием, нужна аккуратность). Берем DVD (можно и CD, но там дифракционная решетка похуже) разрезаем его ножницами пополам, берем одну половинку и аккуратно ее разделяем на два слоя, нам нужен прозрачный слой фоторезиста, из него необходимо вырезать квадратик диф. Решетки под нашу бумажную заготовку. Подробней посмотреть можно тут.

3. Дальше собираем все части вместе я использовал простой клеящий карандаш, а диф. решетку крепил изолентой (хотя двухсторонний скотч предпочтительнее), смотрим что получилось, а получилась хрупкая просвечивающаяся конструкция, поэтому если бумага изначально была плотная, то мы радостно сможем армировать ее изолентой, до тех пор пока не получим синий или черный квадрат Малевича, в итоге наш спектроскоп не должен пропускать никакого света, кроме света через щель.

4. Берем желательно старый ненужный телефон (нет ну в принципе можно взять любой). И приклеиваем к его корпусу нашу конструкцию, предварительно определив куда будем приклеивать, так чтобы спектр нормально попадал в камеру. Можно конечно не приклеивать а каждый раз прикладывать, но это неудобно и спектры будут часто съезжать. Да кстати вовсе необязательно крепить к телефону, можно и к веб камере, как вам удобней. На фото самодельный спектрометр (обклеенный), и два комплекте первый его тот же самый но из комплекта, второй похожий по принципу но из пластика (качество по лучше):

5. Обязательно идем снимать спектр компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) или на худой конец обычной люминесцентной лампы, а потом уже все что душе годно После того как мы сфотографировали все спектры, что хотели. Их необходимо обработать, можно в любом графическом редакторе. Я как правило кадрирую и при необходимости центрирую. Поскольку метод калибровки (об этом ниже) предусматривает сравнение с эталоном, то надо чтобы все полоски спектра на всех снимках находились в одном и том же месте (насколько это возможно) или в итоге вы получите, что компьютер будет воспринимать сдвинутое изображение как свет с другой длиной волны.

6. Регистрируемся на портале, жмем capture spectra upload и первым делом загружаем туда наш снимок спектра КЛЛ, он нам необходим для калибровки после того, как рисунок загрузился и открылась картинка со спектром, возможно понадобится провести ряд манипуляций

6.1 Если изображение не лежит горизонтально если фиолетово-синя зона не лежит слева, а красно оранжевая права значит надо нажать more tools и пользуясь инструментами поворота и отражения повернуть спектр как нам надо. после чего рекомендую Нажать кнопку “re extract from foto (там же в инструментах) после этого компьютер нам построит кривую которая будет согласована с картинкой спектра, правда нам не хватает длин волн. 6.2 Можно откорректировать график спектра, выбрав автоматически самый яркий спектр (в меню more tools) или в ручную выбрав set sample row и кликнув на наиболее удачном участке спектра а изображении. 6.3 Жмем кнопку calibrate, жмем begin и на графике мышкой кликаем на вершину среднего синего спектра(как на примере в инструкции), потом также выбираем зеленый максимум. Теперь у нас есть откалиброванный эталон. Этот эталон можно применять к рисункам загруженным и обработанным по п. 6.1. после чего у них тоже появится шкала длин волн. 6.4 Вы можете применить калибровку к любому снимку нажав calibrate->use existing calibration и выбрав ваш эталон, но помните, что если у вас отклеился приклеенный к камере спектрометр например, то возможно ошибка будет большой и надо будет пере калибровать. 6.5 Все дальше данные можно забирать в разных форматах и строить графики например в эксель, это конечно не самый точный метод, но существенно лучше чем совсем ничего при должно сноровке вы сможете получать снимки которые коррелируют с реальностью.

Часть 3 — Кратко о воздействии света на человека
На десерт, совсем кратко о воздействии света на человека

Свет воздействует на циркадные ритмы человека. Свет особенно в синей области способен подавлять выработку мелатонина, гормона отвечающего за наше спокойное восстановление, чем меньше мелатонина тем большей стресс мы испытываем, с одной стороны это хорошо, днем когда надо взбодрится, с другой стороны поздним вечером и перед сном это нарушит ваши биоритмы и вам будет и трудней заснуть и эффективность сна будет ниже. Следует отметить, что безусловно важна мощность источника света(световой поток), время проведенное под ним, а также возраст (дети более восприимчивы, пожилые люди существенно меньше).

На картинке представлена одна из усреднённых зависимостей степени подавления мелатонина от длинны волны излучения, есть и другие вариации на тему этой функции, можно поискать в соответствующих источниках.Журнал светотехника №3 за 2012. Если вкратце, то для успокоения лучше использовать теплые цвета (лампы накаливания, светодиодные лампы с удаленным люминофором).

Чтобы взбодрится лучше использовать лампы дневного света:

Помимо циркадного воздействия. свет также оказывает негативное воздействие на органы зрения, избыточный синий свет приводит к повреждению глаза, опять таки дети особенно восприимчивы (статья об этом в том же номере светотехники), поэтому долго смотреть на светодиодные или люминесцентные лампы холодного белого света не стоит.

Также важный фактор, естественный свет содержит ультрафиолетовое излучение, Которое способствует выработке витамина Д, противорахитным действием, ну и просто активизирует потаенные фотобиологические процессы в организме человека. Надо отметить, что через оконное стекло проходит только УФ-А, а искусственные источники света как правило не рассчитаны на покрытие дефицита УФ излучения и либо не излучают УФ вовсе либо это побочный продукт не рассчитанный на устранении светового голодания. Так что если вы много сидите в «бетонных коробках», будет полезно иногда облучаться соответствующими УФ лампами, или просто выходить погулять. Подробней о воздействии света можно почитать тут.

Ну вот вроде бы и все, статья получилась большая, думаю, что еще не скоро что-то осилю, поэтому спасибо всем, кто прочитал, берегите здоровье.

О пульсации *БонусВсе искусственные источники света (лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные), в той или иной степени пульсируют (световой поток в течении времени то становится меньше то больше), в зависимости от частоты пульсации наш глаз может это заметить, а может и не заметить, в любом случае понять что пульсация вредна достаточно просто, прогуляйтесь до любого светильника с некачественными люминесцентными лампами и пристально посмотрите на него минуту (хотя говорят, что если долго всматриваться в люминесцентную лампу то люминесцентная лампа начнет всматриваться в тебя). Существуют различные способы снизить пульсацию, как правило они заключаются в применение качественных электронных устройств питания и управления (ЭПРА для люминесцентных ламп, или драйверы для светодиодов). Но поскольку на мой взгляд достоверно из совсем уж подручных средств пульсацию не померить, то мы остановимся на вопросе спектральной характеристики света, а всем интересующимся измерением пульсации можно заглянуть сюда.

geektimes.ru

Спектральные характеристики светоизлучающих диодов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирская Государственная Геодезическая Академия

(ГОУ ВПО «СГГА»)

Институт оптики и оптических технологийРЕФЕРАТ

на тему:

«Спектральные характеристики СИД»                                                                                         Студентки Молчановой Дарьи

                                                                  Группа ОЗИ-21

                                                                                 Проверил  Рахимов Н.Р.Новосибирск 2009

Содержание

Введение……………………………………………3

1.Светоизлучающие диоды…………………………5

     1.1 Определение…………………………………5

     1.2 Особенности…………………………………7

2.Спектральные характеристики СИД…………….8

3.Применение СИД…………………………………12

Заключение………………………………………..14

Список используемых источников………………15

Введение

Необходимость дальнейшего освоения оптического диапазона и перенесение на него хорошо развитых в настоящее время методов радиофизики, радиотехники и электроники определяются рядом принципиальных обстоятельств.

Частота электромагнитных колебаний в оптическом диапазоне существенно выше, чем в радиодиапазоне. Например, частота световых колебаний в наиболее освоенной видимой и ближней инфракрасной областях спектра (~1015 — 1013 Гц) в миллионы раз превышает частоту радиоволн в областях радио- и телевещания. Это определяет высокую информационную емкость оптического канала связи. Напомню, что для передачи обычного телевизионного изображения требуется полоса частот Δυ≈5МГц. Поэтому в метровом диапазоне (при λ=1 м υ0=300 МГц) можно передать лишь около десятка телевизионных программ. В оптическом диапазоне при этом же отношении Δυ/υ0 это число возрастает в миллионы раз.

Длина световых волн существенно меньше, чем длина радиоволн. Это позволяет получить высокую концентрацию оптического излучения в пространстве, поскольку минимальный объем, в котором можно сфокусировать электромагнитное излучение, имеет характерные размеры порядка длины волны. Размеры волноводов, по которым может передаваться излучение с малыми потерями, также должны быть порядка длины волны. Поэтому оптические волноводы (световоды) при прочих равных условиях обладают существенно меньшими (на несколько порядков) размерами по сравнению с СВЧ-волноводами. И наконец, в оптическом диапазоне нетрудно сформировать узкую диаграмму направленности излучения с углом расходимости 0,1° и менее. Для формирования подобной диаграммы в радиодиапазоне (при λ=1 м) потребовалась бы антенна диаметром порядка сотен метров. В оптическом диапазоне функцию такой антенны способны выполнить, например, сферическое зеркало или линза умеренных размеров, поскольку для получения одинаковой диаграммы направленности размер антенны пропорционален длине волны.

Передача информации осуществляется фотонами. В отличие от электронов, которые служат основными носителями информации в обычных электронных приборах, фотоны являются электрически нейтральными частицами, не взаимодействующими между собой и с внешним электрическим и магнитным полями. Это определяет возможность идеальной гальванической развязки входа и выхода, однонаправленность потока информации, высокую помехозащищенность, исключение взаимных наводок и паразитных связей между различными элементами схемы. Поэтому использование оптических методов в современной микроэлектронике заметно расширяет ее функциональные возможности, позволяя выполнять многоканальные сложные связи и осуществлять «оптический монтаж», исходя лишь из требуемых функциональных задач. Так как фотон в оптоэлектронных системах является основным носителем информации, то по аналогии с электроникой, оптоэлектронику называют также фотоникой. 1.Светоизлучающие диоды

1.1 Определение

Светодиоды диаметром 5мм

 

Светодиод  с пластиковой оболочкой

 
                                

            Светодиод или светоизлучающий диод представляет собой полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника. Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда – электроны и дырки – рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (т.е. таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV(например, GaAs или InP) и AIIBVI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета ( GaN) до среднего инфракрасного диапазона ( PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. В последнее времябольшие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Светодиоды используются в сигнальных и осветительных приборах, например, в «твердотельных лампах».

Спектрограмма красного, зеленого, голубого и белого светодиодов

 

1.2 Особенности светодиодов

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

-  Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом.

-   Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

-  Длительный срок службы. Но и он не бесконечен – при длительной работе и/или плохои охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

-  Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это – достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

-  Малая инерционность.

-  Малый угол излучения – также может быть как достоинством, так и недостатком.

-  Низкая стоимость.

-  Безопасность – не требуются высокие напряжения.

-  Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

2. Спектральные характеристики светодиодов

Зависимость параметров излучения от длины волны оптического излучения (или от энергии излучаемых фотонов) называется спектральной характеристикой СИД. Длина волны излучения определяется разностью двух энергетических уровней, между которыми происходит переход электронов при люминесценции. Длина волны λmax излучения светодиода определяется по формуле:где h – постоянная Планка, с – скорость света, E – ширина запрещенной зоны; коэффициент 1,23 верен, если λmax измеряется в мкм, а Е – в Эв.

В связи с разной шириной запрещенной зоны у различных материалов длина волны излучения различна в разных типах СИД. Примеры спектральных характеристик СИД на основе GaP и SiC с различными примесями приведены на рис. 6. Так как переход электронов при рекомбинации носителей заряда обычно происходит не между двумя энергетическими уровнями, а между двумя группами энергетических уровней, то спектр излучения оказывается размытым. Спектральный диапазон СИД характеризуют шириной спектра излучения ∆λ0,5, из меряемой на высоте 0,5 максимума характеристики.

Рис. 6. Спектральные характеристики СИД.Излучение большинства СИД близко к квазимонохроматическому (∆λ/λmax<<1) и имеет относительно высокую направленность распределения мощности в пространстве.

Независимо от того, насколько эффективен СИД, выходное излучение даже большой мощности не будет зарегистрировано, если длина волны излучения не , соответствует спектру излучения, на который реагирует фотоприемник. В огромном большинстве случаев применения СИД должен быть спектрально согласован либо с человеческим глазом, либо с кремниевым фотоприемником. Диапазон спектральной чувствительности фотоприемника составляет примерно 300—1100 нм. Человеческий глаз обладает существенно более узким диапазоном чувствительности с практически полезной областью 400—700 нм. Для эффективной работы пары излучатель — приемник необходимо тщательное согласование спектральных характеристик этих приборов.

Например, при согласовании с человеческим глазом СИД на основе GaAsP согласование обеспечивается выбором такой длины волны, на которой произведение относительной световой эффективности глаза V(λ)и квантового выхода СИД η(λ) является максимальным, т.е.V(λ) η(λ) =maxЭтот максимум достигается при λ=655 нм (рис. 6) — красный цвет излучения.

У СИД, имеющих более короткие длины волн излучения (например, с λmax=565 нм — зеленый цвет. и λmax=585 нм — желтый цвет), значение η обычно существенно ниже, чем у СИД красного цвета. Однако относительная чувствительность глаза при такой длине волны значительно больше.

В результате удается получить набор излучателей от красного до зеленого цвета свечения, которые имеют одно и то же значение произведения V(λ) η (с точностью до порядка величины).

Рис. 7. Нормированные спектральные характеристики глаза V(X), СИД и кремниевого фотодиода (пунктир).

На рис. 7 представлены для сравнения спектральные характеристики различных СИД, а также спектральные характеристики чувствительности человеческого глаза и фотодиода в относительных единицах. Следует подчеркнуть особенности спектрального согласования СИД с фотодиодом. С одной стороны, такое согласование по сравнению с согласованием с человеческим глазом облегчается, так как спектральный диапазон фотодиода значительно шире. С другой стороны, спектральное согласование не всегда является решающим фактором эффективной работы пары СИД — фотоприемник.

3. Применение СИД

Светоизлучающие диоды имеют широкое применение. Они используются в качестве излучателей в различных схемах индикации, отображения информации, в волоконно-оптических линиях связи и во многих других технических устройствах. При этом СИД выступает как отдельный самостоятельный элемент устройства - как дискретный оптоэлектронный прибор - или может входить в состав другого оптоэлектронного прибора или оптоэлектронной микросхемы - оптрона. В этом случае излучающая структура должна обеспечивать одновременно высокую мощность излучения, возможно более узкую диаграмму направленности и высокое быстро­действие. Только при таком сочетании параметров излучатель хорошо согласуется с фотоприемником оптрона и характеристики оптрона оптимальны. Для обычных СИД, не входящих в состав оптрона, требования к направленности излучения обычно существенно ниже. Кроме того, СИД визуального применения могут иметь низкое быстродействие, т. е. низкую скорость преобразования электрической энергии в световую.

Рассмотрим типичные структуры и параметры излучателей, используемых в современных оптронах.

Структура на основе р-n перехода в арсениде галлия (так называемая мезаструктура - см. гл. 5), легированном кремнием, образует активную область с такими особенностями:

практически полное отсутствие безызлучательной рекомбинации, т.е. высокое совершенство структуры;

высокая эффективность инжекции;

различие спектральных характеристик излучения (λmax≈940 нм) и поглощения (λгр≈900 нм), что резко снижает самопоглощение и позволяет получить высокие значения коэффициента вывода излучения.

В результате у лучших образцов излучателей этого типа η≈ 7-9%, а КПД 6-7%. У подобных им приборов с полусферической активной областью η≈ 20-30% и КПД 10- 5%. Однако большее время жизни носителей и протяженность активной области приводят к тому, что при протекании прямого тока накапливается избыточный заряд, рассасывание и рекомбинация которого проходят за 10-7-10-6 с.

Одинарная гетероструктура а на основе тройного соединения GaAlAs обеспечивает одностороннюю инжекцию дырок в базу и эффективную люминесценцию. Это следствие того, что область безызлучательной рекомбинации (дефекты на границе подложка - база) удалена от активной области. Вывод излучения проходит с минимальным поглощением. В итоге у лучших образцов η≈ З - 4% (при tпер≈ 40-80 нс). Диапазон рабочих токов составляет 1-20 мА. Падение напряжения в прямом направлении около 1,2 В (при Iпр=10 мА). Напряжение пробоя 6—8 В. Барьерная емкость при нулевом смещении 100 пф.

В двойной гетероструктуре на основе того же тройного соединения GaAlAs возможно увеличение концентрации легирующей акцепторной примеси Na при постоянной толщине базовой области. За счет этого растет граничная частота, но одновременно увеличивается туннельная компонента прямого тока, а внешний квантовый выход η уменьшается. Существует некоторое оптимальное значение Na, при котором достигается максимальное произведение ηfгр, представляющее собой обобщенный показатель эффективности излучателя в оптроне. Излучатели такого типа, как отмечалось, характеризуются значениями η≈ 2-2,5% и tпер≈ 20-30 нс.Заключение

Применение оптических методов записи, хранения обработки информации открывает новые возможности для построения ЭВМ. Это обусловлено, с одной стороны, возможностью реализации новых принципов параллельной обработки информации (например, на основе голографических методов), а с другой — возможностью достижения высокой плотности записи информации в оптических запоминающих устройствах.

На сегодняшний день реализована лишь небольшая часть перечисленных преимуществ оптической электроники, которая, по мнению специалистов, будет в значительной мере определять технику завтрашнего дня. Для реализации этих преимуществ необходимо, прежде всего, понимать физические процессы взаимодействия оптического излучения с веществом, ибо они являются фундаментом всей квантовой и оптической электроники.

Список используемых источников

1. Быстров Ю.А. Оптоэлектронные приборы и устройства, 2001.

2.Носов Ю.Р Оптоэлектроника, 1989.

3. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника, 2002.

4. Верещагин И.К. Введение в оптоэлектронику, 1991.

5.Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника,2002

www.coolreferat.com

Светодиоды для растений, спектр светодиодных ламп

Комнатным растениям не всегда хватает света в домашних условиях. Без этого их развитие будет замедленным или неправильным. Чтобы этого избежать, можно установить светодиоды для растений. Именно такая лампа способна дать необходимый спектр цвета. Светодиодные светильники широко распространены для освещения теплиц, оранжерей, в садах закрытого типа и аквариумах. Они хорошо заменяют солнечный свет, не требуют больших затрат и имеют большой срок службы.

Фотосинтез растений – это процесс, который проходит при достаточном освещении. Также правильному развитию растений, способствуют следующие факторы: окружающая температура, влажность, спектр освещённости, длительность дня и ночи, достаточность углерода.

Определение достаточности света

Если решено установить светильники для растений, то сделать это нужно максимально правильно. Для этого нужно определиться с тем, каким именно растениям не хватает луча, а каким он будет излишним. Если проектируется освещение в теплице, то надо предусмотреть зоны с разным спектром. Дальше следует определить количество самих светодиодов. Профессионалы это делают специальным прибором – люксметром. Своими силами произвести расчёт тоже можно. Но придётся немного покопаться и спроектировать нужную модель.

Если проект делается для теплицы, есть одно универсальное правило для всех видов источников света. Когда высота подвеса увеличивается, то освещённость уменьшается.

Светодиоды

Спектр цветового излучения имеет большое значение. Оптимальным решением будут являться красные и синие светодиоды для растений в пропорции два к одному. Сколько ватт будет иметь устройство, не имеет большого значения.

Но чаще применяют одноваттные. Если будет необходимость устанавливать диоды самостоятельно, то лучше приобрести готовые ленты. Закрепить их можно с помощью клея, кнопок или винтов. Всё зависит от предусмотренных отверстий. Производителей такой продукции очень много, лучше выбирать известного, а не безликого продавца, который не сможет дать гарантии на своё изделие.

Длина световых волн

Спектр естественного солнечного света содержит и синий, и красный цвет. Они позволяют растениям развивать массу, расти и плодоносить. При облучении только синим спектром с длиной волны 450 нм, представитель флоры будет низкорослым. Такое растение не сможет похвалиться большой зелёной массой. Плодоносить оно также будет плохо. При поглощении красного диапазона с длиной волн 620 нм оно будет развивать корни, хорошо цвести и давать плоды.

Плюсы светодиодов

При освещении растения светодиодными лампами оно проходит весь путь: от ростка до плодов. Одновременно за это время при работе люминесцентного прибора произойдёт только цветение. Светодиоды для растений не нагреваются, поэтому нет необходимости в частом проветривании помещения. Кроме того, отсутствует возможность теплового перегрева представителей флоры.

Незаменимы такие светильники для выращивания рассады. Направленность спектра излучения способствует тому, что побеги крепнут за короткое время. Плюсом является и низкое потребление электроэнергии. Светодиоды уступают только натриевым лампам. Но они в десять раз экономнее ламп накаливания. Светодиоды для растений служат до 10 лет. Гарантийный срок - от 3 до 5 лет. Установив такие светильники, долгое время не придётся беспокоиться об их замене. Такие лампы не имеют в своём составе вредных веществ. Несмотря на это, их применение в теплицах очень предпочтительно. Рынок на сегодняшний день представляет большое количество разнообразных конструкций подобных светильников: их можно подвесить, укрепить на стене или потолке.

Минусы

Для увеличения интенсивности излучения, светодиоды собирают в большую конструкцию. Это является недостатком только для маленьких помещений. В крупных теплицах это несущественно. Недостатком можно считать высокую стоимость по сравнению с аналогами – люминесцентными лампами. Разница может достигать восьмикратного значения. Но диоды себя окупят после нескольких лет службы. На них можно значительно экономить электроэнергию. Снижение свечения наблюдается по истечении гарантийного срока. При большой площади теплицы нужно больше точек освещения по сравнению с другими видами ламп.

Радиатор для светильника

Необходимо, чтобы от устройства отводилось тепло. Лучше это сделает радиатор, который изготовлен из алюминиевого профиля или стального листа. Меньших трудозатрат потребует использование П-образного готового профиля. Рассчитать площадь радиатора несложно. Она должна быть не меньше 20 см2 на 1 Ватт. После того как подобраны все материалы, можно собрать всё в одну цепь. Светодиоды для роста растений лучше чередовать по цветам. Таким образом, получится равномерное освещение.

Фитосветодиод

Такая новейшая разработка, как фитосветодиод, способна заменить обычные аналоги, светящие только в одном цвете. Новый аппарат в одном чипе собрал в себе необходимый спектр светодиодов для растений. Он нужен для всех этапов роста. Самая простая фитолампа обычно состоит из блока со светодиодами и вентилятора. Последний, в свою очередь, может регулироваться по высоте.

Лампы дневного света

Люминесцентные лампы долгое время оставались на пике популярности в бытовых садах и огородах. Но такие светильники для растений не подходят по цветовому спектру. Их всё больше заменяют фитосветодиодные или люминесцентные лампы специального назначения.

Натриевый

Такой сильный по насыщенности свет, как у натриевого аппарата, не подойдёт для размещения в квартире. Его применение целесообразно в больших теплицах, садах и оранжереях, в которых производится освещение растений. Минусом таких ламп является их малая производительность. Они две трети энергии преобразовывают в тепло и лишь малая часть идёт на световое излучение. Кроме того, красный спектр такой лампы интенсивнее, чем синий.

Делаем устройство самостоятельно

Самый простой способ изготовить лампу для растений – воспользоваться лентой, на которой расположены светодиоды. Нужна она красного и синего спектров. Они будут подключаться к блоку питания. Последний можно приобрести там же, где и ленты, – в строительном магазине. Также необходимо крепление – панель, размером с площадь освещения.

Изготовление начинать следует с очищения панели. Далее, можно приклеить диодную ленту. Для этого надо удалить защитную плёнку и липкой стороной приклеить к панели. Если придётся резать ленту, то её куски можно соединить при помощи паяльника.

Светодиоды для растений не нуждаются в дополнительной вентиляции. Но если само помещение мало проветривается, то целесообразно установить ленту на металлический профиль (например, из алюминия). Режимы освещения для цветов в комнате могут быть такими:

  • для растущих далеко от окна, в затенённом месте достаточно будет 1000-3000 лк;
  • для растений, что нуждаются в рассеянном свете, значение будет составлять до 4000 лк;
  • представители флоры, которые нуждаются в прямом освещении, – до 6000 лк;
  • для тропических и тех, которые плодоносят, – до 12 000 лк.

При желании видеть комнатные растения в здоровом и красивом виде, надо тщательно удовлетворять их потребность в освещённости. Итак, мы выяснили преимущества и недостатки светодиодных ламп для растений, а также спектр их лучей.

fb.ru

Светодиоды для растений на 3Вт с "полным спектром"

С праздников весны, милые дамы! Какой же весенний праздник без цветов? Но вырастить цветы в условиях нашей зимы не просто. Расскажу о том, что помогает в выращивании растений — специальном свете, фитолампах.

С праздников весны, милые дамы! Какой же весенний праздник без цветов?

Про самодельные лампы для растений я написал уже несколько статейС использованием обычных синих и красных светодиодовС использованием светодиодов специального спектра 440нм и 660нмКороткий обзор, как растут растения под фитолампами Сейчас расскажу о специальных светодиодах для растений с «полным спектром» Процесс фотосинтеза растений сильно зависит от спектра света. Поэтому эффективнее использовать свет, максимально приближенный к 445нм и 660нм. Также рекомендуют добавлять еще и инфракрасный светодиод. Про все это сломано не мало копий на соответственных форумах. Не буду теоретизировать, перейду к практике. На этот раз на просторах АЛИ я приобрел 3-х ваттные светодиоды для растений с «полным спектром».

Характеристики товара

  • Мощность: 3 Вт (есть 1 Вт в том же лоте)
  • Рабочий ток: 700мА
  • Рабочее напряжение: 3.2-3.4В
  • Производитель чипа: Epistar Chip
  • Размер чипа: 45mil
  • Спектр: 400нм-840нм
  • Сертификаты: CE, RoHS,
  • Срок жизни: 100 000 ч
  • Назначение: лампы для растений
Цена на светодиоды довольно привлекательная. Упаковка очень простая. По виду светодиод похож на своих холодных и тепло белых братьев. Упаковка осталась от ранее использованных светодиодов.

Тестирование светодиодов

Для начала, проверка мощности и снятие вольт-амперной характеристики Компьютерный блок питания, используемый мной как лабораторный и старый добрый ПЭВР-25, олицетворяющий великую эпоху ))) Измерение тока/напряжения простейшим приборчиком, так как особой точности здесь не требуется. Ну и радиатор, чтобы не перегреть светодиод, пока буду над ним издеваться. Дополнительно измерил освещенность в каждом режиме на расстоянии примерно 15-20 см для оценки эффективности свечения при разных токах.

Мощность светодиода довел до 7.5Вт, думал помрет, а нет, выжил! Посмотрим что дает график напряжения и освещенности от тока. Напряжение меняется довольно линейно. Никаких признаков деградации кристалла на токе 1.5А. С освещенностью все интереснее. Примерно после 500мА зависимость освещенности от тока снижается. Делаю вывод, что 500-600мА — самый эффективный режим работы с этим светодиодом, хотя он вполне будет работать на своих паспортных 700мА.

Спектральный анализ

Для спектрального анализа взял попользоваться спектроскоп

В одну трубку светим исследуемым источником, в другую, подсвечиваем шкалу. В окуляр смотрим готовый спектр К сожалению, данный экземпляр спектроскопа не имеет специальной насадки для фотографирования. Картинка визуально очень красивая никак не хотела получаться в компьютере. Пробовал и разные фотоаппараты, и телефоны и планшет. В результате остановился на эндоскопе, с помощью которого кое как удалось снять картинки спектра. Цифры шкалы дорисовывал в редакторе, так как камера никак не хотела нормально фокусироваться. Вот что у меня в результате получилось Солнечный спектр

Люминисцентная настольная лампа Четко видны спектральные линии ртути

Теплый белый светодиод

Фитолампа на светодиодах 440нм и 660нм

Ну и наконец, светодиод из обзора с «полным спектром»

Для анализа воспользовался бесплатной программкой Cell Phone Spectrophotometer Поборовшись с ошибками, как это написано в статье, связанными с разными форматами десятичной запятой в разных Windows, получил такие спектрограммы

Ртутная лампа Теплый белый светодиод Фитолампа со светодиодами 440нм и 660нм Светодиод из обзора с «полным спектром»

Проверить наличие инфракрасной составляющей 840нм на данном приборе не представляется возможным, но в визуальном диапазоне спектр светодиодов вполне соответсвует назначению. Максимум свечения приходится на 440нм и 660нм. Полоса спектра в данном диапазоне более широкая и плавная, чем у раздельных монохромных светодиодов.

Изготовление фитолампы

Конструкция не отличается от любого самодельного светильника на светодиодах: сами светодиоды, драйвер и радиатор охлаждения. Рассеиватель ставить не стал, незачем снижать световой поток.Драйвера взял такие. Вполне подходят и эти из моего обзора

В качестве радиатора использую П-образный 30мм алюминиевый профиль. На 1м профиля 10 светодиодов (порядка 20Вт). При постоянной работе такая лампа нагревается не более 45С.

Корпуса для драйверов я делаю из электротехнического кабель канала.

Для приклеивания светодиодов к профилю использую казанский герметик, хотя подошел бы и термоклей.

Потом соединяю все проводками, контакты изолирую термоусадкой

Теперь драйвер и фитолампа готова

Пару часов прогона показывает, что тепловой расчет сделан правильно и перегрева не будет даже при длительной работе

Свет у лампы мягче, чем у раздельных светодиодов 440нм и 660нм. Она меньше слепит глаза.

Пора подвести итоги

Светодиоды с «полным спектром» вполне оправдывают свое назначение и годятся для изготовления фитоламп.

Заявленная мощность и спектр соответствуют заявленным характеристикам, хотя инфракрасную состовляющую проверить не удалось.

Нужный спектр в таких светодиодах достигается специальным люминофором, поэтому конструктив самих диодов может быть любым. Можно брать мощные матрицы на 20Вт и выше для использования в теплицах. Для подсветки рассады и комнатных растений вполне достаточно этих светодиодов.

Выходной контроль пройден!

О различных конструкциях фитоламп и прочих самодельных светильниках много написал в своем блоге.

mysku.ru

Пост о светодиодах №2 или о спектрах и видности.: jar_ohty

Как-то я уже писал разоблачительный пост про светодиоды. А тем временем, прогресс не стоит на месте и, к примеру, Cree уже свободно продает светодиоды, для которых заявлена эффективность 200 лм/Вт. Разумеется, как всегда умалчивается, что эта величина была получена на заниженном относительно номинального токе и при комнатной температуре кристалла, чего не бывает в реально работающем светильнике. Но тем не менее, цифра получена и на первый взгляд, эта цифра тянет на нобелевскую премию за изобретение вечного двигателя. А светодиодная индустрия не собирается на этом останавливаться и обещает и 300, и больше люмен на ватт.

Давайте в этом разбираться. Для начала нужно понять – что собственно за единица такая – люмен. В люменах измеряется световой поток – то есть вся сумма света, которая прошла через какую-то поверхность. И притом сумма света, как его видит глаз, то есть с учетом его чувствительности к свету с разными длинами волн. Зная величину этой чувствительности, мы можем перейти от световой единицы – люмена – к энергетической единице – ватту.

На рис. 1 приведена так называемая «кривая видности» – зависимость относительной чувствительности глаза от длины волны света. Кривая эта имеет максимум на длине волны 555 нм – это зеленый свет. И просто по определению люмена как единицы, принимается, что 1 Вт потока излучения с этой длиной волны соответствует 683 люменам. Если переместиться по спектру в красную или синюю стороны, чувствительность глаза упадет и поток излучения в 1 Вт будет соответствовать меньшему световому потоку. Например, при длине волны 650 нм это будет всего-навсего 90 лм/Вт. Данная величина обозначается буквой Km и называется фотометрическим эквивалентом. Иначе его можно назвать световой эффективностью излучения.

Рис. 1. Кривая видности для дневного (красная) и ночного зрения (взято из Wikipedia)

      Все это касается дневного зрения. У ночного зрения и кривая видности другая (изображена синим цветом), и величина максимальной чувствительности значительно больше. Но осветительные приборы как раз и созданы, чтобы не использовать ночное зрение, не так ли? Поэтому дальше мы будем рассматривать только дневное зрение.

      Если мы возьмем абсолютно-черное тело и нагреем его до температуры 6500K, мы получим белый свет, аналогичный свету нашего Солнца, разве что без фраунгоферовых линий поглощения. Как определить величину фотометрического эквивалента этого света? Иначе говоря, как определить, сколько люмен нам даст лампочка, к примеру, в сто ватт с таким абсолютно-черным телом (идеально теплоизолированным) вместо спирали? Для этого надо перемножить две кривые – спектр излучения и кривую видности, а затем полученную функцию проинтегрировать. И для спектра нашей гипотетической лампочки получается величина фотометрического эквивалента 95 лм/Вт (рис.2). Это значительно меньше, чем у монохроматического зеленого света. Дело в том, что значительная часть излучаемой энергии вообще невидима – находится в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Очевидно, что если мы вовсе уберем эту часть излучения, то для глаза ничего не изменится. А фотометрический эквивалент увеличится. Если мы примем за границы видимого спектра 400 и 700 нм, то получим эффективность 250 лм/Вт. Если мы и дальше будем сужать спектр, то световая эффективность будет расти, но свет перестанет быть белым и начнет приобретать все более явственный зеленый оттенок.

Рис. 2. Зависимость фотометрического эквивалента излучения абсолютно-черного тела от его температуры (взято из Wikipedia).

Здесь надо напомнить, что глаз – плохой спектрометр. Несмотря на то, что он способен различать миллионы оттенков, его легко обмануть. Так, источники света, имеющие с точки зрения глаза абсолютно одинаковый цвет, могут иметь совершенно разные спектры. Это явление называется метамерией. И в данном случае зеленый оттенок легко убрать, «провалив» спектр в зеленой его части. В результате мы получаем... характерный для светодиодов спектр (рис.3).

В пределе мы можем смешать две монохроматические спектральные линии, соответствующие дополнительным цветам, например, 574 и 482 нм в пропорции 3:1, и получить белый свет с фотометрическим эквивалентом аж больше 500 лм/Вт. Но этот белый свет будет обладать забавным свойством. Поскольку в его спектре совсем нет ни зеленого, ни красного света, то в этом свете невозможно различить красные и зеленые предметы – все они будут иметь какие-то неопределенные желто-зеленые или серые оттенки. Так что источник такого света можно назвать «дальтонической лампой».

Все это имеет прямое отношение к эффективности источников освещения, в том числе светодиодов, эффективность которых можно определить, зная их КПД и фотометрический эквивалент их излучения, простым перемножением.. Как мы уже увидели, не изменив энергетической эффективности, то есть КПД преобразования электричества в свет, можно увеличить световую эффективность в несколько раз. Разумеется, в ущерб цветопередаче. В реальных источниках света до состояния «дальтонической лампы» обычно не доходят (исключая натриевые лампы низкого давления, в свете которых мир предстает в черно-белом, вернее, черно-желтом облике).

а)б)

Рис.3. Спектры светодиодов Cree семейства CXA (а) и MK-R (б) с различной коррелированной цветовой температурой (взято из справочных листков Cree).

Вернемся все-таки к эффективности светодиодов, а не абстрактных монохроматических источников, черных тел с ограниченным спектром и «дальтонических ламп».

Интересно было бы сравнить не хватающие звезд с небес по заявленной световой эффективности, но относительно хорошие спектру светодиодные матрицы семейства CXA и светодиоды MK-R, для которых фирма Cree заявляет те самые знаменитые 200 лм/Вт. Несмотря на громкие заявления, реальная разница между этими светодиодами не такая уж большая. В номинальном режиме (700 мА) самый эффективный светодиод из серии MK-R (холодно-белый с индексом цветопередачи 65) выдает до 128 лм/Вт при температуре кристалла 85°С (а при неосуществимой в непрерывном режиме температуре 25°С она достигала бы 150 лм/Вт), а эффективность более подходящей для освещения жилых помещений модификации естественно-белой цветности (4000 К) с индексом цветопередачи не менее 80 – лишь около 100 лм/Вт. Такие же (даже чуть больше – до 105 лм/Вт) цифры дают и матрицы CXA на номинальном токе. По всей видимости, за рекордные цифры боролись только для «холодных» кристаллов, каковых нет среди матриц семейства CXA, ориентированных на освещение жилых помещений. Но и там, по всей видимости, рекорды делались на токах в пару десятков процентов от номинала и в импульсном режиме – во избежание разогрева.

А теперь было бы интересно прикинуть, чего реально можно достигнуть в будущем в светодиодном освещении.

КПД кристалла, излучающего синий свет, и использующегося в светодиодах Cree XT-E и MK-R (тех самых флагманов, что претендуют на преодоление планки 200 лм/Вт) достигает 53% в рекламно- облегченном (25% максимального тока и 25 °С ) и 42-47% в номинальном режиме. Эта цифра достигнута уже довольно давно и особо повышаться не собирается. И этому есть объяснение. Внутренний квантовый выход нитрид-галлиевого светодиода уже достаточно давно вплотную приблизился к 100%. Поэтому потери энергии в нем складываются из омических потерь в полупроводнике и на омических контактах к нему, и потерь света. Поглощением света в объеме полупроводника можно пренебречь – он практически полностью прозрачен. Все излучение, что родилось внутри – рано или поздно выйдет наружу (возможно, несколько раз отразившись от граней) – кроме того, что попадет на контакты. По ряду причин, связанных с физикой полупроводников, они почти совершенно черные изнутри. Для уменьшения потерь света нужно сделать контакты минимальной площади. Но чем меньше площадь контактов, тем больше омические потери. Для их уменьшения они должны иметь как раз максимальную площадь. Оптимальная площадь и конфигурация электродов находится достаточно просто, и никаких многолетних изысканий для этого не требуется. Так что и тут давно найден свой оптимум . Так что примем за максимум эти 53%.

Теперь люминофор. В свете светодиода с ЦТ 4000К доля люминофора в излучении достигает 75%, а теоретический КПД люминофора составляет 77% (неизбежные потери – это разница между энергией кванта возбуждающего света и света люминесценции. Итоговый «люминофорный» КПД – 83%. Для более «теплого» света, да еще с улучшенной цветопередачей, «люминофорный» КПД падает вплоть до 50%. Реальный КПД люминофора еще ниже.

Таким образом, итоговый КПД белого светодиода с ЦТ 4000К не может превышать 44%

Теперь нужно определить фотометрический эквивалент . Взяв за основу кривую с рис. 3а и сняв пару десятков точек на глаз, и перемножив с табличными значениями видностей, мы получаем K m = 362 лм/Вт. КПД 4 4 % соответствует 1 60 лм/Вт. Выше прыгнуть при всем желании не получится. С «синюшным» спектром аналогичный расчет таки дает 210 лм/Вт теоретически достижимых. Так что в принципе, нобелевская премия за вечный двигатель подождет .

Напомню, что эффективность реальных светодиодов с таким спектром составляет 100-105 лм/Вт . Теперь можно определить их КПД – он равен 27,5-29%. Так что в свет превращается меньше трети электроэнергии, остальные 70% идут в тепло. Если предполагать, что соотношение реальной эффективности и теоретически рассчитанной, верно и для случая «холодно-белых» MK-R, то при 210 лм/Вт теоретических получается 131 лм/Вт практических. Реальное значение 128 лм/Вт – очень близко к нашему расчету:).

jar-ohty.livejournal.com

Оптические характеристики светодиодов

В наше время трудно представить качественную осветительную систему без использования светодиодов. Эти устройства прочно закрепились среди современной техники благодаря своим высоким показателям долговечности, яркости и миниатюрности.

Они используются повсеместно: начиная с мобильных устройств и заканчивая автомобильным светом (например, мощные светодиодные лампы h5, сверхяркие светодиодные лампы h5 и многие другие) – и неспроста, ведь светодиоды крайне удобны для применения в качестве альтернативного источника света.

Если говорить об устройстве светодиода наиболее простым языком, то следует представить кристалл (тонкую пластину), которая светится и контакты, которые идут от него. Максимальная сила света диодов – 90 градусов (перпендикулярно пластине), свет от него идет по прямой – достаточно вспомнить диаграммы, которые указывают производители светодиодов на упаковке, и все станет понятно. Для наглядности – иллюстрация справа.

Конечно же, кроме оптических характеристик, то есть тех, которые связаны с освещением и производительностью, существуют другие параметры. К ним относят:

  • Фотометрические (световые) характеристики;
  • Радиометрические (энергетические) характеристики;
  • Гониометрические (угловые) характеристики;
  • Колориметрические (спектральные) характеристики;
  • Эксплуатационные характеристики (связанные со сроком службы).

Ниже приведена подробная информация по каждой из характеристик в виде таблицы.

1. Фотометрические (световые) характеристики светодиодов

Фотометрия – процесс измерения света в видимом спектре. Под видимым спектром подразумевается та часть светового спектра, которая видна невооруженным глазом среднестатистического человека, то есть длина волны лежит между 380 и 770 нм. Существует 2 основных световых стандарта – сила света и световой поток. Эти стандарты определяют главные фотометрические величины – яркость и освещенность.

Единицы измерения фотометрических параметров
Параметр В чем измеряется
Cветовой поток Люмен [Лм] – световой поток, испускаемый точечным источником с силой света 1 кд внутри телесновго угла 1 стерадиан.
Сила света Кандела [кд] – сила света восковой свечи
Яркость 1 нит = 1 кд/м^2
Освещенность 1 люкс = 1 Лм/м^2

Периодически возникает необходимость самостоятельно измерить излучение. О том, как это правильно сделать, существует огромное количество статей, здесь же приведены главные моменты, на которые следует обратить внимание во время этого процесса.

Способы измерения излучения:

  • Использование калькулятора, если имеются вводные данные.
  • Использование техники при необходимости измерения по факту.

Советы и меры, которые следует учитывать во время измерения излучения:

  • Оборудование должно быть тщательно откалибровано.
  • Нужно измерять выход света с определенным временным интервалом.
  • Соблюдение постоянной температуры света в ходе тестирования.
  • Использовать исключительно стабилизированный источник света.
  • Условия тестирования должны быть легко воспроизводимы.
  • Необходимо учитывать смещение оптического центра эмиссии светодиодов относительно механического центра.

2. Радиометрические (энергетические) характеристики светодиодов

Радиометрия – измерение полного светового излучения во всех оптических диапазонах. Оптические диапазоны бывают:

  • видимый;
  • инфракрасный;
  • ультрафиолетовый.
Величина Характеристика Единицы измерения
Единица радиометрической оптической мощности Абсолютная величина, не зависит от длины волны. Один ватт инфракрасного света по мощности равен ватту видимого света. Ватт [Вт]
Энергетическая сила излучения Измеряемая величина [Вт/ср]
Энергетическая освещенность Измеряемая величина [Вт/м^2]
Энергетическая яркость Измеряемая величина [Вт/cpxм^2]

В процессе радиометрических измерений светодиодов необходимо придерживаться тех же рекомендаций, что и при фотометрии.

3. Колориметрические (спектральные) характеристики светодиодов

Колориметрия – измерение и определение цветовых характеристик. Обычно эти параметры выражаются в координатах цветности (когда мы видим параметр 4000К) или в длинах волн.

На кривой (Рис 4) указаны точки с цветовой температурой, которой они соответствуют в видимом спектре излучения. Так, мы видим что 6500К – это белый холодный цвет. Наиболее точный способ измерения цвета – использование спректрорадиометра.

Важным фактором является температура: с повышением температуры окружающей среды увеличивается температура активной части светодиода, а значит что увеличивается и длина волны излучения. Значение зависит от типа используемого кристалла.

4. Гониометрические (угловые) характеристики светодиодов

Гониометрия – непосредственное измерение угловых характеристик устройства. Измерение возможно лишь с использованием гониометра – прибора, который фиксирует пространственное распределение силы светодиода. На рис. 2 мы видим диаграмму пространственного распределения силы света. Из нее видно, каким образом распределяется свет, исходящий от кристалла.

5. Эксплуатационные характеристики светодиодов

Одним из главных вопросов, который интересует человека – срок службы светодиодов.

Типы сроков службы
Полный До тех пор, пока прибор не перегорит
Полезный До тех пор, пока световой поток не упадет ниже определенного предела. Иными словами, пока устройство не начнет затухать.

Тест на деградацию светодиодов проводят для того, чтобы определить полный и полезный срок службы. На практике тестом на деградацию светодиода является его непосредственная эксплуатация.

Что делать для того, чтобы устройство прослужило дольше?

  • Стабилизация тока питания. Стараться сделать его значение постоянным на протяжении всего срока эксплуатации, избегать перепадов.
  • Поддержание постоянного температурного режима в месте установки светодиода. Также она не должна превышать максимальную температуру эксплуатации, заявленную производителем.
  • Соблюдение всех инструкций и мер предосторожности, строго придерживаться норм эксплуатации.

В заключение следует сказать, что заявленные производителем параметры излучения света могут не соответствовать практическим показателям – не в силу того, что мы оказываемся обманутыми, а в силу различия условий эксперимента. Необходимо всегда понимать, что лабораторные условия всегда отличаются от естественных, и понятие погрешности вполне допустимо, особенно при измерении такой чувствительной характеристики, как свет.

xenon-lampa.ru

Светодиоды 440-450нм и 660-670нм для растений и фитолампа на них

Как то я уже рассказывал о изготовлении ламп для подсветки растений из наборов с ТАО. Тогда меня покритиковали, что я использовал светодиоды «неправильного спектра».

И вот я решил исправится и купил «правильные светодиоды» синие 440-450нм и красные 660-670нм. Брать именитые Bridgelux почти за 1$ не позволила жаба, поэтому на свой страх и риск купил неизвестного производителя. Опыт удался, за подробностями под кат.

Заказ

Итак перелопатив десятки продавцов на ТАОБАО решил рискнуть и взять у этого продавцаЛот на светодиоды один, но в опциях можно выбрать синие, красные, 1,3 и 5 Вт, а также уже напаянные на алюминиевую звездочку.

Цена через посредника MisterTao:

Синий светодиод (450-455нм) 3вт без радиатора — $0.23 x 20шт = $4.6 Красный светодиод (660-670нм) 3вт без радиатора — $0.31 x 20шт = $6.2 С доставкой и комиссией получается около $17 или $0.42 за штуку если больше ничего не брать. Я брал, поэтому мне они вышли дешевле.

Производитель светодиодов имеет сайт на китайском, на котором есть много интересной светодиодной продукции. К сожалению до даташитов этот производитель еще не дорос.

Заказ был доставлен еще в ноябре за 33 дня обычной почтой.

Характеристики

Красные светодиоды 3Вт Код производителя: PJH-P3R140A1-60T Длина волны: 660-660 нм Рабочее напряжение: 2.6-3.0 В Максимальный ток: 700 мА Размер кристалла: 4.3 мм Световой поток: 60-80 лм

Синие светодиоды 3Вт Код производителя: PJH-P3R140A1-30T Длина волны: 450-455 нм Рабочее напряжение: 3.4-3.8 В Максимальный ток: 700 мА Размер кристалла: 4.5 мм Световой поток: 30-40 лм

Пришли светодиоды в пакетиках подписанных от руки по китайски

Люминофора у монохромных светодиодов нет, линзы прозрачные и кристаллы видны. У синего (слева) кристалл чуть больше чем у красного (справа), что соответствует описанию.

Распаиваю проверенным методом при помощи термопасты и фена на алюминиевые радиаторы-звездочки.

Радиаторы звездочки намазываю КПТ-8 и двумя капельками суперклея креплю к алюминиевому профилю

Снимаю вольт-амперную характеристику

Подключаю поочередно синий и красный диоды к источнику 5В через мощный переменный резистор.

Вольт-амперную характеристика и зависимость мощности от тока

Как видно из графика и таблицы, красный светодиод при паспортном токе 700мА выдает мощность 1.65 Вт при рабочем напряжении 2.36 В. Синий ближе к заявленным характеристикам.

Драйвер для светодиодов (4-6)x3Вт у меня лежал давно. Я ему давно заменил радиатор на более мощный

Подключаю и получаю мигалку-цветомузыку ))). Светодиоды начинают моргать примерно раз в секунду. Драйвер дает больше напряжения, чем нужно 5-ти последовательным светодиодам. Всему виной красные диоды с низким рабочим напряжением.

Впаиваю последовательно диодам 1-ваттный резистор на 2 Ом и все работает нормально, хотя резистор сильно греется. Думаю, в дальнейшем добавлю еще один красный диод, а пока продолжим тестировать:

Ток в цепи светодиодов почти 0.6А

Напряжение 13.5В Померил напряжение на каждом диоде, посчитал мощность, получил, что синие работают на 2Вт, красные на 1.3Вт. Мощность по синему цвету — 4Вт, по красному 3.9Вт. Суммарная мощность светильника 7.9Вт + чуть меньше 1 Вт на сопротивлении.

После часа работы светодиодов, радиатор нагрелся до 41 С

А что же со спектром? Обманул нас продавец или нет?

Измерение длины волны светодиодов при помощи дифракционной решетки

Для измерения спектра попросил у знакомого учителя физики принести из кабинета спектрометр. Получил дифракционную решетку с шагом 0.002 мм и комментарий, что они спектры на такими уроке измеряют.

Сворачиваю бумажную трубу, вставляю туда решетку. Креплю к алюминиевому профилю с напечатанной линейкой.

Посветил зеленым лазером 532 нм. Четко видно отклонение луча с 1-м и 2-м максимумом света

Белый цвет фонарика разлагается на цвета

Светодиод дает круг. Установка на входе трубы щели 1мм форму пятна не меняет, а яркость пятен снижает. Значит будем мерить между краями пятен.

Для каждого источника света были проведены ряд измерений с разным расстоянием до решетки. Получаем следующую таблицу

Длина волны каждого источника соответствует заявленным характеристикам. Точность измерения не менее 5%. Для большей точности нужно собирать жесткую конструкцию спектрометра.

Выводы:

1. Спектральные характеристики светодиодов близки к заявленным производителем. Если синие довольно близки по характеристикам к тем, что применялись мною раньше, то красные имеют «более правильный» спектр для реакции фотосинтеза.

2. Мощность красного светодиода меньше синего при одинаковом токе и ниже заявленной в характеристиках. Для поднятия мощности их ближе к паспортной нужно питать красные светодиоды отдельно драйвером на 900 — 1000 мА, но сколько они проработают в таком режиме, неизвестно. Я решаю проблему разности мощности увеличением количества красных светодиодов.

3. В целом светодиоды вполне оправдали мои ожидания и годятся для изготовления фитоламп.

4. Эффективность фитолампы оценить пока трудно. Растения хорошо живут с дополнительным светом. Весной будут ящики с рассадой. Освещу половину фитосветом и сравню рост.

Фито лампа в деле

Телевизор для кота

Собрал новую кормушку для птиц из "набора водопроводчика" более ни на что не пригодившегося.

Теперь кот занят. Хотя недоступные птицы быстро надоедают )))

Почитать о всех моих поделках можно в моем боге

mysku.ru


Смотрите также