|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA LED superbrillante: la base de la iluminación de bajo consumo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / iluminación Más recientemente, el autor de este artículo fue testigo de cómo un vendedor ambulante en un vagón de metro anunciaba una lámpara LED. "Las bombillas superbrillantes de esta linterna", gritó el vendedor sobre el ruido de un tren en movimiento, "utilizan poca energía, lo que significa que no es necesario cambiar las baterías con frecuencia". Probablemente, hay algo de verdad publicitaria en sus palabras: todo el mundo sabe acerca de las lámparas incandescentes, pero para mencionar una fuente de luz fundamentalmente nueva, tal vez piensen si estos LED súper brillantes son tan buenos y si una linterna hecha sobre su base servirá de manera tan confiable, se desconoce. Aunque muchísimos son conscientes de una tarea tan trivial como la de utilizar un LED como dispositivo de señalización luminosa. Incluso se puede decir que, en términos de prevalencia, los LED convencionales pueden competir fácilmente con las lámparas incandescentes, y en la vida cotidiana son muy comunes hoy en día; solo recuerde los interruptores domésticos con indicación de luz diseñados para buscarlos en la oscuridad. Los LED de señalización LED modernos (diodo emisor de luz) se producen en grandes cantidades, tienen un color de brillo diferente, lo cual es muy conveniente para dispositivos de señalización, diferentes diseños. Puede comprar modelos de dos colores que cambian suavemente su color según la relación de las señales de entrada, puede parpadear cuando se aplica voltaje, puede, con una base estándar para reemplazar las lámparas incandescentes en los dispositivos de señal. Pero, ¿cuál de los LED estándar es la fuente de luz en el sentido en que entendemos la fuente de luz? Al fin y al cabo, lo máximo de lo que sirve es para resaltar el indicador de cristal líquido de un teléfono móvil. ¿No es difícil imaginar que una persona pueda vivir normalmente a la luz de fuentes de luz de semiconductores, que haga su trabajo diario, lea un libro, tenga conversaciones agradables en un ambiente acogedor... ¿Diría usted fantasía? No, esta es solo la realidad del tiempo presente. La propiedad de emitir ondas de luz por uniones pn es una propiedad fundamental de todos los semiconductores. Pero están dotados de esta capacidad en diversos grados. Por ejemplo, las uniones pn de silicio utilizadas para fabricar transistores y diodos comunes son completamente inadecuadas incluso para los LED comunes: emiten muy pocas ondas de luz. Los semiconductores a base de compuestos de galio (fosfuro de galio y arseniuro de galio) irradian mucho mejor, por lo que se basan en ellos para producir los conocidos LED rojo, amarillo-verde y verde. La eficiencia lumínica de estos aparatos en los años 60 del siglo pasado era de tan solo 1,5 lm/W. Algo más tarde, los resultados de la investigación permitieron aumentar la eficiencia de radiación de los semiconductores hasta 10 lm/W. El desarrollo de tecnologías para la producción de nitruro de galio ha dado lugar a la aparición de LED azules. Y aquí justo ha llegado el momento de pensar en los LED que emiten luz blanca. Los LED blancos aparecieron por primera vez en el mercado mundial en 1998. Los indicadores de eficiencia logrados hasta la fecha para las fuentes de luz de estado sólido no son impresionantes: la eficiencia luminosa de las muestras de LED comerciales que emiten en la parte roja-amarilla del espectro es de 65...75 lm/W, en la región verde, hasta 85 lm/W, y en la región blanca, hasta 100 lm/W. En camino: muestras comerciales de luz blanca con una eficiencia de aproximadamente 150 lm / W, y este no es el límite. Es decir, en promedio, durante los 50 años de existencia de las fuentes de estado sólido, su eficiencia ha crecido en casi dos órdenes de magnitud. En general, la salida de luz de un LED "muy promedio" con un espectro de emisión "blanco" hoy está al nivel de la salida de luz de una buena lámpara fluorescente, y el aumento en la salida de luz continúa. Y el alto costo de producir fuentes de estado sólido se ve recompensado con una vida útil fantástica: más de 100000 XNUMX horas de operación continua sin problemas, así como la más alta confiabilidad mecánica y climática, operación ininterrumpida a temperaturas muy bajas, ausencia de materiales nocivos como el mercurio, la posibilidad de un ajuste de brillo elemental, que garantiza los requisitos de seguridad contra incendios en términos de baja radiación térmica, bajos costos de mantenimiento. Es cierto que hay una circunstancia que introduce cierta disonancia en esta "canción de victoria" sobre los fantásticos recursos de los LED superbrillantes. El hecho es que los diodos emisores de luz tienden a "envejecer" en el proceso de funcionamiento, lo que se expresa en la pérdida de su capacidad de emisión y, por lo tanto, de la eficiencia de la radiación. Sin embargo, los fabricantes mundiales de renombre de LED ultrabrillantes garantizan que su emisividad inicial se mantiene en un 80 % durante la mitad de su vida útil. En los foros de Internet, el autor del artículo encontró declaraciones perentorias sobre la vida real de las fuentes de LED dentro de 2 ... 3 mil horas. Esto puede resultar cierto solo en dos casos: cuando se utilizan productos de dudosa producción, que realmente pueden perder hasta un 40% de la eficiencia de radiación durante esas mismas 3000 horas de funcionamiento, o cuando los LED funcionan en modos de funcionamiento significativamente más altos que los nominales. Y ahora familiaricémonos con las tecnologías para obtener luz blanca de "estado sólido" a partir de la radiación "multicolor" de los LED estándar. Actualmente, existen cuatro métodos para obtener luz blanca, todos los cuales se utilizan activamente en la industria de la "tecnología de estado sólido". En la fig. 1 muestra el método de mezclar diferentes colores, a saber, la tríada RGB clásica, es decir, rojo, verde y azul. En un cristal de la fuente de LED, los cristales emisores de luz de varios colores están dispuestos de cerca en un orden de mosaico, su luz es enfocada por una lente para que el espectro de emisión total sea similar a la luz solar natural. Al controlar por separado los canales R, G y B, puede obtener cualquier color (o tono de color) del brillo LED. La desventaja del método también es obvia: es una laboriosidad significativa (y por lo tanto un alto costo) de fabricación y la necesidad de equilibrar el color de los canales R, G, B, ya que los LED de diferentes colores tienen una eficiencia de radiación diferente. Sin embargo, este método se utiliza cada vez más en la creación de pantallas publicitarias exteriores en color.
Las principales disposiciones del segundo método para obtener luz blanca se toman prestadas de los principios de funcionamiento de una lámpara fluorescente. En este caso (ver Fig. 2), se aplica un fósforo especial de tres colores a la superficie interna de la carcasa del LED que emite ondas en el rango UV, que, bajo la acción de la radiación, comienza a brillar con luz blanca. Entre las deficiencias del método, debemos mencionar su eficiencia no muy alta de salida de luz. Es por ello que los métodos tercero y cuarto resultaron ser los más avanzados tecnológicamente y los más rentables comercialmente. Pero lo más interesante es que estos métodos son un desarrollo lógico del segundo método, es decir, también utilizan el efecto de luminiscencia.
La tecnología del tercer método se basa en el uso de un LED azul, pero el cristal emisor de luz aquí está rodeado por un reflector constructivo, sobre el cual se aplica un fósforo amarillo brillante. Así, cuando se mezclan los colores, se produce una luz que tiene una composición espectral muy cercana al blanco, como se muestra en la Fig. 3.
El cuarto método tiene pocas diferencias con el tercero y, de hecho, es su desarrollo lógico encaminado a mejorar la composición espectral de la luz emitida. Este método se basa en el mismo diodo emisor de luz azul, se proporciona el mismo reflector constructivo, pero ya se depositan dos tipos de fósforo, con colores de brillo verde y rojo (ver Fig. 4).
La gran mayoría de los LED comerciales con un espectro de emisión cercano a la luz blanca se fabrican sobre la base de tecnología de luminiscencia de fósforo simple y doble. Por esta razón, la luz de dichos LED tiene un ligero tinte "frío" azul-violeta. ¿Qué se puede decir sobre el costo de la "luz de estado sólido" y la viabilidad económica de su implementación? Hasta la fecha, la "luz de estado sólido" es la fuente de energía luminosa más cara, si, por supuesto, solo se tiene en cuenta el costo de "producir" una unidad de energía luminosa. El precio de 1 lumen de "luz de estado sólido" sigue siendo 30...50 veces mayor que el costo de 1 lumen producido por una lámpara incandescente clásica. Por ejemplo, el autor pudo comprar una lámpara LED de 5 W por $15, mientras que una lámpara incandescente regular con la misma salida de luz y un consumo de energía de 60 W cuesta un poco menos de $1. Otro cálculo muestra que una matriz de 20 LED ultrabrillantes con un costo total de $20 en salida de luz es similar a una lámpara halógena de 20 W con un costo de $1. Pero no se apresure a sacar conclusiones. Comparando la vida útil de las lámparas LED e incandescentes clásicas, así como su eficiencia luminosa, podemos decir que los ahorros son evidentes. Es solo que los ahorros no son a corto plazo, sino a largo plazo. Según los expertos, la dinámica de la disminución del costo de las fuentes de luz de estado sólido no será tan rápida como el aumento de su producción de luz: se espera que el costo se reduzca solo en un 20 % con una duplicación de la eficiencia de uso. La promoción de las fuentes LED en los mercados sigue el siguiente escenario: en un principio se utilizaron como iluminación secundaria (decorativa), y hoy ya se trabaja en la eliminación progresiva de las lámparas incandescentes y halógenas. Los fabricantes de automóviles ya están desarrollando activamente faros de luz alta y baja basados en LED blancos. Los logros de desarrollo son impresionantes: se ha obtenido un flujo luminoso del orden de 1000 lm, que se correlaciona con una lámpara de xenón estándar. Con indicadores de dirección en el extranjero, todo es mucho más simple: las tecnologías se han elaborado y se están introduciendo rápidamente. En la fig. La Figura 5 muestra un faro LED industrial de haz bajo para automóvil de 106 mm de diámetro fabricado con 4 LED ultrabrillantes.
Y ahora hablaremos sobre las características ópticas de los LED ultrabrillantes y, en particular, cómo se presentan estos datos en la documentación técnica. Cualquier LED emite un flujo luminoso en una dirección, es decir, de manera desigual, dependiendo de la posición relativa al observador. Algunos LED tienen una direccionalidad pronunciada: brillan como pequeños focos. Otros son como una lámpara incandescente con un reflector: las ondas de luz se propagan aquí en un sector espacial bastante amplio. Si existe la necesidad de garantizar la uniformidad de la radiación espacial, ayuda un ensamblaje constructivo de LED dirigidos en diferentes direcciones. La principal característica óptica espacial de un LED es su directividad. Los fabricantes describen el tipo de directividad, en primer lugar, por el ángulo de radiación (ángulo de radiación) y, en segundo lugar, por el patrón de radiación. Si la primera característica es simplemente un "número", entonces la segunda es un gráfico mucho más informativo. El tipo de patrón de radiación es extremadamente importante para que lo sepa un ingeniero de diseño de iluminación. En la fig. La Figura 6 muestra el patrón de radiación más informativo del LED blanco NSPW515BS, fabricado por NICHIA, uno de los líderes mundiales en la industria de LED. La parte derecha del diagrama está hecha en coordenadas polares y la parte izquierda, en cartesiano. En tales gráficos, el argumento es el ángulo de rotación relativo al eje principal (la línea de máxima radiación), y la función es una cantidad adimensional. El gráfico a lo largo de la línea de la función se normaliza al valor máximo de radiación, y la intensidad luminosa, dada en mcd en un cierto valor de la corriente directa del LED, actúa como un valor de normalización. En el patrón de radiación, este parámetro corresponde a una "unidad" adimensional.
En algunos casos, cuando el patrón de radiación es lo suficientemente amplio (dichos LED suelen estar destinados solo a la iluminación no direccional), el valor del flujo luminoso se proporciona en lm, lo cual es muy conveniente para calcular la iluminación utilizando métodos estándar. Las empresas también proporcionan en la documentación técnica el tipo de característica espectral de la radiación de los LED. ¿Para qué? El hecho es que la temperatura de color de la luz afecta en gran medida el estado emocional de una persona. Hasta ahora, la iluminación LED ha tenido una imagen de "fría", "sombría", "incómoda". Sin embargo, recientemente han aparecido en el mercado los LED de color blanco cálido, que imitan la luz de una lámpara incandescente. En particular, dichos LED también están en la nomenclatura de NICHIA. La diferencia entre la radiación de los LED de color blanco cálido y la radiación de tipo blanco se demuestra más claramente en la Fig. 7, que muestra los espectros de los LED mencionados.
Analicemos los espectros presentados. La emisión de un LED de tipo blanco se vuelve "pálida" por un pico de gran amplitud en la región "azul" del espectro, mientras que en un LED blanco cálido, el componente azul es "aplastado" por la emisión más intensa de un fósforo amarillo, que colorea la emisión en un tono "cálido". Por otro lado, es necesario evaluar los parámetros eléctricos de los LED. Esto se describe más claramente por la característica de voltaje de corriente (CVC), es decir, la dependencia de la corriente que pasa a través del diodo del voltaje que se le aplica (Fig. 8). Cuando se aplica un voltaje inverso (de bloqueo), ningún diodo, incluido un LED, conduce corriente. Pero, a diferencia de los diodos rectificadores, los LED no permiten grandes voltajes inversos. El límite de voltaje inverso del LED estándar no supera los 5 V, por lo que se recomienda tener cuidado con la "polaridad inversa".
La rama directa del CVC de los LED difiere del CVC de los diodos convencionales solo en el valor del voltaje de apertura y la caída de voltaje en el estado abierto. Si los diodos de germanio se abren a un voltaje de 0,1 ... 0,2 V, los de silicio, a 0,6 ... 0,7 V, entonces el voltaje de apertura de los LED se encuentra en el rango de 1,2 ... 2,9 V. Después de abrir, el voltaje de los LED aumenta ligeramente al aumentar la corriente, estabilizándose en un cierto nivel ya a una corriente de aproximadamente 1 mA. De la fig. 8 también muestra claramente que la diferencia entre el voltaje de encendido del LED y el aumento incontrolado de la corriente a través de él es de solo 0,3 V. Un LED, como cualquier semiconductor, no puede pasar corrientes infinitamente grandes, simplemente se derretirá por el calentamiento. Por lo tanto, es necesario usar un balasto que "pague" el exceso de voltaje sobre sí mismo y limite el flujo de corriente. Dado que los LED están alimentados por un voltaje constante (o pulsado), el balasto más simple es predominantemente la resistencia activa habitual. También existen tipos de balastos más complejos y económicos basados en fuentes de corriente electrónica. Autor: B. Semenov
Máquina para aclarar flores en jardines.
02.05.2024 Microscopio infrarrojo avanzado
02.05.2024 Trampa de aire para insectos.
01.05.2024
▪ Había un planeta diamante en el sistema solar. ▪ Prototipo de interruptor WDM totalmente óptico ▪ Concierto después de un derrame cerebral
▪ sección del sitio Documentación normativa sobre protección laboral. Selección de artículos ▪ artículo Rueda autogiratoria con accionamiento a pie. dibujo, descripción ▪ artículo ¿Quién hizo el primer vuelo en globo? Respuesta detallada ▪ artículo Hamamelis virginiana. Leyendas, cultivo, métodos de aplicación.
Hogar | Biblioteca | Artículos | Mapa del sitio | Revisiones del sitio
www.diagrama.com.ua |
Ver otros artículos sección 
Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica:
Todos los idiomas de esta página