Устройство и сферы применения сверхъярких светодиодов

Сверхъяркие светодиоды – источники освещения, которые отличаются большой силой светового потока. Такая разновидность диодов возникла в 1990-е гг. и быстро получила распространение во многих сферах. Устройства имеют свои преимущества и недостатки, о которых лучше знать перед их использованием.

Устройство и принцип действия сверхъяркого светодиода

В своей конструкции сверхъяркий светодиод имеет мало отличий от базового устройства. Единственное, что кристалл диода высокой яркости находится на теплоотводящей подложке из нитрида алюминия и карбида кремния вместо стандартного основания. Линза, сделанная из кварцевого стекла, неплотно прилегает к корпусу, что позволяет избежать появления механических напряжений.

Все приборы такого типа имеют один принцип действия, основанный на p-n-переходе. Его создает чип (из материала-проводника), который покрыт специальными примесями. Электрический ток перетекает от p-анода к n-катоду, присоединенным к кристаллу.

Области применения

Сверхъяркие диоды можно увидеть во многих сферах. Этот источник света требует мало энергии, при этом его мощность может достигать 1 Вт. Поэтому основное его применение сводится к точечному освещению.

Так, в автомобильной промышленности яркие диоды используют в подсветке салона и сигнальных элементах автомобиля: габаритных огнях, фарах. Они предупреждают водителя и на дороге – на светофорах и указателях.

Также диоды применяются в освещении жилых и общественных мест, ландшафтном дизайне, подводном освещении. Из-за яркости устройства стали применять для подсветки экрана телефона или медицинских приборов.

Разновидности

Есть несколько самых распространенных видов сверхъярких диодов.

Мощные сверхъяркие XLamp

Выделены в отдельную группу из-за того, что их мощность превышает 1 Вт. Ток во время работы принимает значения от 350 мА, поэтому данному типу диодов необходим теплоотводящий радиатор. Из-за активного отвода тепла диоды XLamp работают дольше, чем другие.

Светодиоды SMD

Этот вид наиболее распространен среди всех ярких диодов. Его можно встретить во внутреннем освещении помещений или внешней подсветке зданий. Из-за малого потребления энергии светодиоды используют в портативных осветительных устройствах, таких как фонарики или гирлянды.

Технические характеристики

Ток в сверхъярких светодиодах постоянный: его среднее значение находится в диапазоне 15–20 мА (в ультраярких моделях иногда достигает 1А). Рабочее напряжение варьируется от 1,5 до 4В, и от него зависит цвет диода: значение, близкое к минимальному, имеет диод красного цвета, а близкое к максимальному, – белого. Мощность сверхъярких диодов больше, чем стандартных. Так, более слабые имеют мощность 0,2 Вт, а более сильные – 1 Вт.

Помимо стандартных характеристик существует ряд показателей, которые важны для работы с освещением помещения. К ним относятся угол рассеивания света, цвет свечения диода и световой поток. Угол рассеивания принимает всевозможные значения – от 15 до 120 градусов. Сила светового потока позволяет изменить степень освещенности помещения.

Самых распространенных цветов диода пять: белый, синий, зеленый, красный, желтый (оранжевый). Белый помимо базового имеет еще дополнительные оттенки – теплый и холодный.

Особенности питания и монтажа

Перед подключением диода важно узнать, на какие значения тока и напряжения он рассчитан. Из-за риска перегрева кристалла стандартная электросеть не рекомендуется для использования в качестве источника питания. Для электросетей с переменным напряжением 220В необходимы драйверы с выходным напряжением 12В. Они помогают стабилизировать ток, чтобы поддерживать яркость прибора на одном и том же уровне. Для дополнительной стабилизации может понадобиться еще и резистор.

Главное, что необходимо обеспечить при монтаже, – хорошо работающий теплоотвод, т.к. кристаллы во время работы нагреваются. В этом может помочь радиатор.

Теплоотводящее основание диода – проводник, поэтому необходимо обеспечить его электроизоляцию. Для этого используют алюминиевые платы и подложки. В целом процесс монтажа сверхъярких диодов почти не отличается от такового у стандартных диодов.

Достоинства и недостатки

Множество достоинств сделали сверхъяркие диоды популярными на рынке приборами:

1. Экономичность. Использование такого света снижает затраты на используемую электрическую энергию до 80%.
2. Маленький размер. Диоды легко монтировать в небольшие приборы.
3. Большой срок службы. Срок эксплуатации устройства составляет 50 000– 100 000 часов. При этом оно не требует специального обслуживания.
4. Экологичность. Пары газов, ртуть или другие небезопасные вещества отсутствуют.
5. Разнообразие. Большое количество цветов и возможность регулировать силу светового потока и угол рассеивания позволяют менять освещение по вкусу.

Существуют особенности сверхъярких диодов, которые могут превратиться в достоинства после работы с устройством:

1. Низкий нагрев. Само изделие практически не нагревается, т.к. вся температура уходит на блок питания. После обеспечения работающего теплоотвода это перестает быть проблемой.
2. Прочность. Диоды виброустойчивы, ударопрочны и влагостойки. Иногда им требуется защита от внешних условий, которую несложно обеспечить.
3. Работа в разных температурных условиях. Использование диода возможно в умеренно теплых или холодных условиях. Проблемы могут возникнуть только при нестандартных температурах.

Помимо достоинств устройство имеет и недостатки:

1. Высокая цена. Срок окупаемости прибора достаточно большой.
2. Маленький угол рассеивания света. Пределы значения ограничивают использование устройства.
3. Падение характеристик со временем. Ухудшение проводимости света приводит к уменьшению яркости света от прибора.
4. Дополнительные устройства. Для полноценного функционирования ярких диодов требуются драйвер. Дополнительно нужно потратиться на обеспечение теплоотвода.

Преимуществ сверхъярких диодов намного больше, чем недостатков. По соотношению цена–качество вряд ли найдется конкурент этому виду светодиодов.