Количество проектов по монтажу систем осветления увеличивается с каждым годом. Применять для реализации таких проектов традиционные лампы накаливания сегодня нецелесообразно, ведь они недолговечны и потребляют довольно много электричества при малом уровне светоотдачи. Более выгодно использовать энергосберегающие лампочки, однако, и они имеют недостаток, заключающийся в использовании ртути в конструкции лампы. Поэтому в данной статье мы рассмотрим конструкцию и принцип работы светодиодных осветительных элементов.

Что такое светодиод?

В далеком 1907 году знаменитый в то время изобретатель из Англии Генри Раунд обнаружил явление, которое позже назвал электролюминесценцией, занимаясь изучением особенностей распространения электрического тока в разных материалах. Он исследовал пару «металл-карборунд» и увидел, что в процессе подачи напряжения последний излучал свет.
О полупроводниках в те годы еще ничего не было известно. Однако, представители научного мира сразу поняли, что произошло открытие потенциально перспективной технологии. Как известно, обычная лампа генерирует свечение вследствие нагрева вольфрамовой нити. А значит, не сам электрический ток, а температура свыше 2500 К является причиной появления видимого света. В описанном выше опыте свет тоже выделяется в процессе подачи на контакты тока, однако температура является не условием, а результатом процесса. Электрическое поле является причиной возбуждения атомом, начала процесса их рекомбинации, светового и теплового излучения.
Стоит отметить, что далеко не каждый полупроводник может работать так, как работает светодиод. В качестве примера приведем гомогенный p-n-переход, в котором ширина запрещенной зоны зачастую не соответствует требуемому энергетическому потенциалу. Помимо этого, сам кристалл характеризуется дефектами, число которых не дает реализовать рекомбинацию идеально.
Получаемая гетерогенная структура кристалла получается при использовании эпитаксиальной технологии. Проще говоря, его нужно вырастить в лабораторных условиях. Для этой цели применяют особую сапфировую подложку, размещенную в камере, куда поступает газовая смесь с необходимыми компонентами. Созданные условия приводят к тому, что компоненты постепенно оседают на подложке, создавая многослойную структуру. Точность «выращивания» специалисты контролируют вплоть до атомного слоя. Кроме активных слоев на этом этапе формируют контактные выходы – для анода и катода.

Структура светодиода

Полученный таким образом миниатюрный кристалл – это главный элемент светодиода. Кроме него, светодиодная лампа содержит:

• основу (подложку). Именно на этот элемент конструкции монтируется кристалл. Ее создают из меди или алюминия, то есть материала, имеющего высокий коэффициент теплопроводности, ведь эффективность теплоотвода – это основа нормального функционирования полупроводника
• корпус. В нем находятся все элементы светодиода. Корпус обеспечивает габаритные и монтажные размеры прибора
• токопроводящая группа. Эта пара катод-анод, которая с одной стороны соединена соответствующими выходами на кристалле, а с другой – формирует контактные ножки для подключения устройства к электросхеме
• линза. Этот элемент отвечает за направленное распространение пучка света
• люминофор. Этим вязким составом покрывают сверху кристалл. Чаще всего он желтого цвета. Он выступает защитником чипа от контакта с окружающей средой, а также обеспечивает необходимый цвет и уровень яркости излучения.

Стоит отметить, что люминофор применяется в белых светодиодах, вследствие того, что собственное излучение материала, из которого создают кристалл, бывает синего, зеленого, желтого или другого цвета за исключением белого. В процессе прохождения через люминофор, в нем тоже создаются световые волны, дающие в комбинации необходимый оттенок.

Работа светодиодной лампы

Наука не стоит на месте и следующим этапом развития технологий стало укрупнение отдельных полупроводниковых приборов в макроструктуру. Делается это при помощи интеграции отдельных светодиодов на специальную печатную плату, имеющую контактную разводку. Такая плата, независимо от формы, должна быть создана из материалов, обладающих высоким уровнем теплопроводности, к примеру, алюминия. Отметим, что тепло, выделяемое в процессе рекомбинации дырок/электронов, необходимо по максимуму отвести, потому что перегрев отрицательно влияет на характеристики прибора и его срок службы.
Примечательно, что размещение и напайка светодиодов на плату осуществляется в особом роботизированном комплексе с печью. Вследствие работы такого прибора удается достичь высокого уровня точности, скорости монтажа и точечного нагрева контактных зон, позволяющего минимизировать термическое повреждение элементов.
Путем подключения сборки к цепи питания, создается лампа или светильник. Оба варианта осветительных приборов ничто иное, как комбинация плат со светодиодами. Для лампы вводным элементом является обычный цоколь, а для светильника – провод с вилкой для подключения прямо к розетке. Данное решение дает возможность применять их как сменные источники освещения в обычных светильниках с изначально установленными лампами накаливания. Универсальная светодиодная лампа имеет монтажный теплоотводящий корпус и насадку – рассеиватель.

Лед драйвер для светодиодных светильников

Рассмотрев принцип светодиодной лампы и светильников, стоит перейти к вопросу их питания. Как известно, светодиод и собранное на его основе устройство представляют собой низковольтное оборудование. Для адаптации его к параметрам функционирования обычной сети, необходимо применять особый вводной элемент – драйвер. Только не путайте его с обычным блоком питания, ограничивающим напряжение: в случае светодиодов контролировать нужно именно ток. Например, если на информационной табличке драйвера написано «300 мА / 3 Вт», то контролируемое напряжение равняется 10 В. Следовательно, блок способен контролировать систему из любого числа светодиодов, суммарное значение тока и напряжения которых не превышают указанных значений. В случае превышения прописанных параметров ток на контакты не поступит.
Свойства светодиодных ламп позволяют ей работать пониженных токах, что является одним из механизмов для продления периода эксплуатации светодиодных светильников. Как выбрать светодиодную лампу для дома? Руководствуясь вышеуказанными правилами, приобретать драйверы для светильников с паспортным током в 350 мА, нужно такие, которые рассчитаны на 300-330 мА.
Существует и отдельная группа драйверов, принцип работы которых основан на подключении строго определенного количества светодиодов. В данном случае необходимо принимать во внимание не только токовые, но и компоновочные характеристики.

Основные параметры светодиодных ламп

О том, в чем отличие светодиодных ламп от ламп накаливания мы уже рассказали. Теперь поговорим о показателях, на которые стоит обратить внимание при покупке. Итак, в магазине у продавца-консультанта вы должны выяснить следующие параметры:

• мощность светового потока, ведь в более просторной комнате, вам понадобится большее количество света
• мощность лампы (число Вт)
• величина угла рассеивания. Оптимальным является покупка светодиодной лампы, которая рассеивает свет под углом более 120 градусов
• период эксплуатации (выражается в часах)
• тип цоколя
• температура света. В процессе покупки светодиодных ламп для дома, нужно обратить внимание на модели, у которых данный показатель составляет до 4500°К. Лампы, имеющие более высокую температуру света, применяют для освещения витрин/улиц/мест общественного пользования
• сила тока
• число включений/выключений led лампы
• коэффициент цветопередачи. Если он имеет высокое значение, это означает, что электрическая сила эффективно трансформируется в свет. Другими словами, хорошее освещение достигается при низком энергопотреблении.

Применение светодиодных ламп

С момента изобретения светодиодных ламп сфера их использования значительно расширилась. Первоначально их применяли в электронных приборах как лампы индикации и оповещения.
И лишь совсем недавно светодиодные лампы стали применять в качестве источника декоративного освещения, а через время в качестве полноценного источника света.
На сегодняшний день такой тип ламп применяется довольно широко. Отметим главные направления их использования:

• уличное освещение. Светодиодные лампы существенно экономят энергопотребление, в отличие от дешевых фонарей, потребляющих большое количество электроэнергии
• освещение производственных и офисных помещений
• освещение производственных зданий и архитектурных сооружений. В данном случае лампы используют для внешней подсветки зданий и сооружений
• эти лампы устанавливают в светодиодных прожекторах, применяемых в качестве мощных и надежных источников света
• в компактных переносных фонарях и небольших прожекторах, которые работают от автономных источников питания (батареек, аккумуляторов).

В общем, сфера использования светодиодных ламп расширяется каждый год, потому что на сегодняшний день светодиодные лампы – это самый надежный и долговечный источник свет, который ко всему вышеперечисленному еще и существенно экономит потребление энергии.