LED súper brillantes. LED blanco LED consumo de corriente

LED blanco

Potente LED blanco

Hay dos tipos de LED blancos:

• LED multichip, más a menudo de tres componentes (RGB-LED), que incorporan tres emisores semiconductores de luz roja, verde y azul, combinados en un solo paquete.
• LED de fósforo creados a partir de un LED ultravioleta o azul, que incorporan una capa de un fósforo especial que, como resultado de la fotoluminiscencia, convierte parte de la radiación del LED en luz en una banda espectral relativamente amplia con un máximo en la región amarilla (el diseño más común). La radiación del LED y el fósforo, mezclándose, dan una luz blanca de varias tonalidades.

historia de la invención

Los primeros emisores de semiconductores rojos para uso industrial fueron obtenidos por N. Holonyak en 1962. A principios de los años 70, aparecieron los LED amarillos y verdes. La salida de luz al principio de los dispositivos de baja eficiencia alcanzó el nivel de un lumen en 1990. En 1993, Suji Nakamura, ingeniero de Nichia (Japón), creó el primer LED azul de alto brillo. Casi de inmediato aparecieron los dispositivos LED RGB, ya que los colores azul, rojo y verde permitían obtener cualquier color, incluido el blanco. Los LED de fósforo blanco aparecieron por primera vez en 1996. Posteriormente, la tecnología se desarrolló rápidamente y en 2005 la salida de luz de los LED alcanzó los 100 lm/W o más. Aparecieron LED con diferentes tonos de brillo, la calidad de la luz permitió competir con las lámparas incandescentes y con las lámparas fluorescentes ya tradicionales. Se ha iniciado el uso de dispositivos de iluminación LED en la vida cotidiana, en iluminación interior y exterior.

LED RGB

La luz blanca se puede crear mezclando LED de diferentes colores. El diseño tricromático de fuentes rojo (R), verde (G) y azul (B) es el más común, aunque también se encuentran variantes bicromáticas, tetracromáticas y más multicolores. Un LED multicolor, a diferencia de otros emisores de semiconductores RGB (lámparas, lámparas, grupos), tiene un cuerpo acabado, por lo general similar a un LED de un solo color. Los chips LED se colocan uno al lado del otro y comparten la misma lente y reflector. Debido a que los chips semiconductores tienen un tamaño finito y tienen sus propios patrones polares, estos LED suelen tener características de color angular desiguales. Además, para obtener la relación de color correcta, a menudo no es suficiente configurar la corriente nominal, ya que la salida de luz de cada chip no se conoce de antemano y está sujeta a cambios durante la operación. Para establecer los tonos deseados, las lámparas RGB a veces están equipadas con dispositivos de control especiales.

El espectro de un LED RGB está determinado por el espectro de sus emisores semiconductores constituyentes y tiene una forma de línea pronunciada. Dicho espectro es muy diferente del espectro del sol, por lo que el índice de reproducción cromática RGB del LED es bajo. Los LED RGB le permiten controlar fácil y ampliamente el color del brillo cambiando la corriente de cada LED incluido en la tríada, ajustar el tono de color de la luz blanca que emiten en el proceso, hasta obtener colores independientes individuales.

Los LED multicolores tienen una dependencia de la salida de luz y el color de la temperatura debido a varias características de los chips emisores que componen el dispositivo, lo que afecta un ligero cambio en el color del brillo durante la operación. La vida útil de un LED multicolor está determinada por la durabilidad de los chips semiconductores, depende del diseño y, en la mayoría de los casos, supera la vida útil de los LED de fósforo.

Los LED multicolores se utilizan principalmente para iluminación decorativa y arquitectónica, en pantallas electrónicas y de video.

LED de fósforo

El espectro de una de las variantes del LED de fósforo.

La combinación de un emisor de semiconductor azul (más a menudo) o ultravioleta (con menos frecuencia) y un convertidor de fósforo hace posible producir una fuente de luz económica con buenas características. El diseño más común de un LED de este tipo contiene un chip semiconductor de nitruro de galio azul modificado con indio (InGaN) y un fósforo con un máximo de reemisión en la región amarilla: granate de itrio y aluminio dopado con cerio trivalente (YAG). Parte de la potencia de la radiación inicial del chip sale de la carcasa del LED y se dispersa en la capa de fósforo, la otra parte es absorbida por el fósforo y reemitida en la región de valores de energía más bajos. El espectro de reemisión cubre una amplia área de rojo a verde, pero el espectro resultante de dicho LED tiene una caída pronunciada en la región verde-azul-verde.

Dependiendo de la composición del fósforo, los LED se producen con diferentes temperaturas de color ("cálido" y "frío"). Combinando diferentes tipos de fósforos se consigue un aumento significativo del índice de reproducción cromática (CRI o R a), lo que permite hablar de la posibilidad de utilizar iluminación LED en condiciones críticas para la calidad de la reproducción cromática.

Una forma de aumentar el brillo de los LED de fósforo manteniendo o incluso reduciendo su costo es aumentar la corriente a través de un chip semiconductor sin aumentar su tamaño, aumentando la densidad de corriente. Este método está asociado con un aumento simultáneo en los requisitos para la calidad del chip y la calidad del disipador de calor. A medida que aumenta la densidad de corriente, los campos eléctricos en el volumen de la región activa reducen la salida de luz. Cuando se alcanzan las corrientes límite, dado que las secciones del chip LED con diferentes concentraciones de impurezas y diferentes bandas prohibidas conducen la corriente de manera diferente, se produce un sobrecalentamiento local de las secciones del chip, lo que afecta la salida de luz y la vida útil del LED en su conjunto. Para aumentar la potencia de salida manteniendo la calidad de las características espectrales, las condiciones térmicas, se producen LED que contienen grupos de chips LED en un solo paquete.

Uno de los temas más discutidos en la tecnología LED policromada es su confiabilidad y durabilidad. A diferencia de muchas otras fuentes de luz, un LED cambia sus características de salida de luz (eficiencia), patrones de radiación, tono de color con el tiempo, pero rara vez falla por completo. Por lo tanto, para evaluar la vida útil, por ejemplo, para iluminación, se toma el nivel de reducción de la salida de luz al 70% del valor original (L70). Es decir, un LED cuyo brillo ha disminuido un 30 % durante el funcionamiento se considera fuera de servicio. Para los LED utilizados en iluminación decorativa, se utiliza un nivel de atenuación del 50 % (L50) como estimación de la vida útil.

La vida útil de un LED de fósforo depende de muchos parámetros. Además de la calidad de fabricación del ensamblaje LED en sí (el método de fijación del chip en el soporte de cristal, el método de fijación de los conductores que transportan corriente, la calidad y las propiedades protectoras de los materiales de sellado), la vida útil depende principalmente de las características de el propio chip emisor y en los cambios en las propiedades del fósforo a lo largo del tiempo (degradación). Además, como muestran numerosos estudios, la temperatura se considera el principal factor que influye en la vida útil del LED.

Efecto de la temperatura en la vida útil del LED

Un chip semiconductor irradia parte de la energía eléctrica en forma de radiación durante el funcionamiento y parte en forma de calor. Al mismo tiempo, dependiendo de la eficiencia de dicha conversión, la cantidad de calor es aproximadamente la mitad para los radiadores más eficientes o más. El material semiconductor en sí tiene una baja conductividad térmica, además, los materiales y el diseño del paquete tienen una cierta conductividad térmica no ideal, lo que hace que el chip se caliente a altas temperaturas (para una estructura semiconductora). Los LED modernos funcionan a temperaturas de chip en la región de 70-80 grados. Y un aumento adicional de esta temperatura cuando se usa nitruro de galio es inaceptable. La alta temperatura conduce a un aumento en el número de defectos en la capa activa, conduce a una mayor difusión, un cambio en las propiedades ópticas del sustrato. Todo esto conduce a un aumento en el porcentaje de recombinación no radiativa y la absorción de fotones por parte del material del chip. Se logra un aumento en la potencia y la durabilidad al mejorar tanto la estructura del semiconductor en sí (reduciendo el sobrecalentamiento local) como al desarrollar el diseño del ensamblaje del LED, mejorando la calidad de enfriamiento del área activa del chip. Además, se está investigando con otros materiales o sustratos semiconductores.

El fósforo también está expuesto a altas temperaturas. Con una exposición prolongada a la temperatura, los centros de reemisión se inhiben y el coeficiente de conversión, así como las características espectrales del fósforo, se deterioran. En el primero y en algunos diseños modernos de LED policromados, el fósforo se aplica directamente al material semiconductor y se maximiza el efecto térmico. Además de las medidas para reducir la temperatura del chip emisor, los fabricantes utilizan varios métodos para reducir el efecto de la temperatura del chip sobre el fósforo. Las tecnologías de fósforo aislado y los diseños de lámparas LED, en los que el fósforo está físicamente separado del emisor, pueden aumentar la vida útil de la fuente de luz.

La carcasa del LED, que está hecha de plástico de silicona o resina epoxi ópticamente transparente, está sujeta al envejecimiento debido a la temperatura y comienza a desvanecerse y amarillear con el tiempo, absorbiendo parte de la energía emitida por el LED. Las superficies reflectantes también se deterioran cuando se calientan: interactúan con otros elementos de la carcasa y están sujetas a la corrosión. Todos estos factores juntos conducen al hecho de que el brillo y la calidad de la luz emitida disminuyen gradualmente. Sin embargo, este proceso se puede ralentizar con éxito, proporcionando una eliminación de calor eficiente.

Construcción de LED de fósforo

Diagrama de uno de los diseños de un LED blanco. MPCB ​​​​es una placa de circuito impreso de alta conductividad térmica.

Un LED de fósforo moderno es un dispositivo complejo que combina muchas soluciones técnicas originales y únicas. El LED tiene varios elementos principales, cada uno de los cuales realiza una función importante, a menudo más de una:

Todos los elementos del diseño LED experimentan cargas térmicas y deben seleccionarse teniendo en cuenta el grado de su expansión térmica. Y una condición importante para un buen diseño es la capacidad de fabricación y el bajo costo de ensamblar un dispositivo LED y montarlo en una luminaria.

Brillo y calidad de la luz.

El parámetro más importante ni siquiera es el brillo del LED, sino su salida de luz, es decir, la salida de luz de cada vatio de energía eléctrica consumida por el LED. La eficiencia luminosa de los LED modernos alcanza los 150-170 lm/W. El límite teórico de la tecnología se estima en 260-300 lm/W. Al evaluar, se debe tener en cuenta que la eficiencia de una luminaria basada en LED es significativamente menor debido a la eficiencia de la fuente de alimentación, las propiedades ópticas del difusor, reflector y otros elementos estructurales. Además, los fabricantes suelen indicar la eficiencia inicial del radiador a temperatura normal. Mientras que la temperatura del chip durante el funcionamiento es mucho mayor. Esto lleva al hecho de que la eficiencia real del emisor es menor en un 5 - 7%, y la lámpara es a menudo dos veces más baja.

El segundo parámetro igualmente importante es la calidad de la luz que produce el LED. Hay tres parámetros para evaluar la calidad del color:

LED de fósforo basado en emisor ultravioleta

Además de la combinación de un LED azul y YAG, que ya se ha vuelto común, también se está desarrollando un diseño basado en un LED ultravioleta. Un material semiconductor capaz de emitir en la región del ultravioleta cercano se recubre con varias capas de fósforo a base de europio y sulfuro de zinc activado con cobre y aluminio. Tal mezcla de fósforos da un máximo de reemisión en las regiones verde, azul y roja del espectro. La luz blanca resultante tiene muy buenas características de calidad, pero la eficiencia de conversión sigue siendo baja.

Ventajas y desventajas de los LED de fósforo.

Dado el alto costo de las fuentes de iluminación LED en comparación con las lámparas tradicionales, existen buenas razones para utilizar este tipo de dispositivos:

• La principal ventaja de los LED blancos es su alta eficiencia. El bajo consumo específico de energía permite su uso en fuentes de iluminación autónomas y de emergencia a largo plazo.
• La alta confiabilidad y la larga vida útil nos permiten hablar de posibles ahorros en el reemplazo de la lámpara. Además, el uso de fuentes de luz LED en lugares de difícil acceso y en condiciones exteriores reduce los costos de mantenimiento. Combinado con una alta eficiencia, hay ahorros de costos significativos cuando se usa iluminación LED en algunas aplicaciones.
• Pequeño peso y tamaño de los dispositivos. Los LED son de tamaño pequeño y adecuados para su uso en lugares de difícil acceso y dispositivos portátiles de pequeño tamaño.
• La ausencia de radiación ultravioleta e infrarroja en el espectro permite el uso de iluminación LED sin daño para los humanos y para fines especiales (por ejemplo, para iluminar libros raros u otros objetos expuestos a la luz).
• Excelente operación a temperaturas negativas sin disminución y, a menudo, con una mejora en los parámetros. La mayoría de los tipos de LED muestran una mejor eficiencia y durabilidad a temperaturas más bajas, sin embargo, las fuentes de alimentación, los controles y los elementos de diseño pueden tener la relación opuesta.
• Los LED son fuentes de luz sin inercia, no requieren tiempo para calentarse o apagarse, como las lámparas fluorescentes, y la cantidad de ciclos de encendido y apagado no afecta negativamente a su confiabilidad.
• La buena resistencia mecánica permite el uso de LED en entornos hostiles.
• Facilidad de regulación de energía tanto por ciclo de trabajo como por regulación de corriente de suministro sin comprometer los parámetros de eficiencia y confiabilidad.
• Seguro de usar, sin riesgo de descarga eléctrica debido a la baja tensión de alimentación.
• Bajo peligro de incendio, la capacidad de uso en explosivos y peligro de incendio debido a la ausencia de elementos incandescentes.
• Resistencia a la humedad, resistencia a ambientes agresivos.
• Neutralidad química, sin emisiones nocivas y sin requisitos especiales para los procedimientos de eliminación.

Pero también hay desventajas:

Los LED de iluminación también tienen características inherentes a todos los emisores de semiconductores, teniendo en cuenta cuáles, puede encontrar la aplicación más exitosa, como la directividad de la radiación. El LED brilla solo en una dirección sin el uso de reflectores y difusores adicionales. Las luminarias LED son las más adecuadas para la iluminación local y direccional.

Perspectivas para el desarrollo de la tecnología LED blanca

Las tecnologías para la fabricación de LED blancos adecuados para fines de iluminación están en desarrollo activo. La investigación en esta área se ve estimulada por el creciente interés público. La promesa de importantes ahorros energéticos está atrayendo inversiones en investigación de procesos, desarrollo tecnológico y búsqueda de nuevos materiales. A juzgar por las publicaciones de los fabricantes de LED y materiales relacionados, especialistas en el campo de los semiconductores y la ingeniería de iluminación, es posible identificar las vías de desarrollo en esta área:

ver también

notas

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Enlaces

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• profesional dirigido. Revista científica y técnica sobre LED e iluminación LED, Austria
• Revista LED. Revista científica y técnica sobre LEDs e iluminación LED. EE.UU
• Tecnología de iluminación de semiconductores. Revista rusa sobre LED e iluminación LED.

LED (Lighting Emission Diode): los LED con emisión de luz intensa son bien conocidos por todos. Hace aproximadamente 10 años (aquí en Rusia) hicieron una “revolución silenciosa en iluminación”, especialmente donde se necesita movilidad, bajo consumo específico de energía, confiabilidad y larga vida útil. Parecía que la fuente de luz ideal, la que se anhelaba, conducía y solo turistas, así como cazadores y pescadores, espeleólogos y escaladores ya están “aquí y ahora”. Y es suficiente extender la mano, habiendo acumulado un poco de mapaches muertos, y habrá "paz en la tierra, buena voluntad en los hombres". Ahora bien, podemos decir que estos 10 años no han sido en vano y la realidad LED resultó ser interesante, diversa y brinda nuevas oportunidades que antes ni siquiera se nos habían ocurrido.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO .

Un LED es principalmente un diodo. Es decir, una especie de guijarro engañoso con una unión p-n en su interior. En otras palabras, el contacto de dos semiconductores con diferentes tipos de conductividad. El cual, bajo ciertas condiciones, emite luz en el proceso de recombinación (suicidio constructivo mutuo) de electrones y huecos.
Por lo general, cuanto mayor es la corriente a través del LED, más electrones y huecos entran en la zona de recombinación por unidad de tiempo y más luz se emite a la salida. Pero la corriente no se puede aumentar considerablemente: debido a la resistencia interna del semiconductor y la unión p-n, el LED puede sobrecalentarse, lo que conduce a su envejecimiento acelerado o falla.
Para obtener un flujo luminoso significativo, cree estructuras semiconductoras multicapa: heteroestructuras. Por el desarrollo de heteroestructuras semiconductoras para optoelectrónica de alta velocidad, Zhores Alferov, físico ruso, recibió el Premio Nobel en 2000.

DOS PALABRAS PARA LA HISTORIA.

Los primeros emisores de semiconductores rojos para uso industrial se obtuvieron en 1962. En los años 60 y 70, se crearon los LED basados ​​en fosfuro y arseniuro de galio, que emitían en las regiones del espectro amarillo-verde, amarillo y rojo. Fueron utilizados en luces indicadoras y sistemas de alarma. En 1993, Nichia (Japón) creó el primer LED azul de alto brillo. Casi de inmediato aparecieron los dispositivos LED RGB, ya que los colores azul, rojo y verde permitían obtener cualquier color, incluido el blanco. Los LED de fósforo blanco aparecieron por primera vez en 1996. Posteriormente, la tecnología se desarrolló rápidamente y en 2005 la salida de luz de los LED alcanzó más de 100 lm/W.

LUZ BLANCA.

Un LED de color ordinario emite en un espectro estrecho de ondas de luz (radiación monocromática). Esto es bueno para los dispositivos de alarma. Y para la iluminación se necesitan leds blancos y se utilizan diferentes tecnologías..
Por ejemplo, mezclando colores usando tecnología RGB. Los LED rojos, azules y verdes se colocan densamente en una matriz, cuya radiación se mezcla mediante un sistema óptico, como una lente. El resultado es luz blanca.

Arroz. Espectro de emisión de 4 LED RGB. ("Wikipedia")

O, digamos, se usa un fósforo, más precisamente, se aplican varios fósforos al LED y, como resultado de la mezcla de colores, se obtiene una luz blanca o casi blanca. Los LED blancos con fósforo son más baratos que las matrices RGB, lo que hizo posible su uso para la iluminación.

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Arroz. 6 LED blancos con fósforo. Diagrama de uno de los diseños de un LED blanco.

MRCB: placa de circuito impreso con alta conductividad térmica. * ("Wikipedia")

La característica corriente-voltaje de los LED en la dirección directa no es lineal y la corriente comienza a fluir a partir de un cierto umbral de tensión. En los modos LED básicos, la corriente depende exponencialmente del voltaje y pequeños cambios en el voltaje conducen a grandes cambios en la corriente. Y dado que la salida de luz es directamente proporcional a la corriente, el brillo del LED también es inestable. Por lo tanto, la corriente tiene que ser estabilizada. El brillo de los LED puede, por ejemplo, ajustarse mediante un método de modulación de ancho de pulso (PWM), que requiere un dispositivo electrónico que suministre señales pulsadas de alta frecuencia al LED. A diferencia de las lámparas incandescentes, la temperatura de color de los LED cambia muy poco al atenuarse. .

Ventajas y desventajas de los LED de fósforo.

En un LED, a diferencia de una lámpara incandescente o fluorescente, la corriente eléctrica se convierte directamente en radiación luminosa y, por lo tanto, las pérdidas son relativamente pequeñas.

1. La principal ventaja de los LED blancos es la alta eficiencia, el bajo consumo de energía específico y la alta salida de luz: 160-170 lúmenes/vatio.
2. Alta fiabilidad y larga vida útil.
3. El peso ligero y las dimensiones de los LED permiten su uso en lámparas portátiles de pequeño tamaño.
4. La ausencia de radiación ultravioleta e infrarroja en el espectro permite el uso de iluminación LED sin consecuencias nocivas, ya que la ultravioleta, especialmente en presencia de ozono, afecta fuertemente a la materia orgánica y la radiación infrarroja puede causar quemaduras.
5. El indicador específico de densidad de potencia, que caracteriza la densidad del flujo luminoso, para una lámpara fluorescente estándar es de 0,1-0,2 W/cm², y para un LED blanco moderno de unos 50 W/cm².
6. Funcionamiento a temperaturas negativas sin reducción, y muchas veces con mejora de parámetros.
7. Los LED son fuentes de luz sin inercia, no requieren tiempo para calentarse o apagarse, como las lámparas fluorescentes, y la cantidad de ciclos de encendido y apagado no afecta su confiabilidad.
8. El LED es mecánicamente fuerte y excepcionalmente fiable.
9. Facilidad de control de brillo.
10. El LED es un aparato eléctrico de bajo voltaje, y por tanto seguro.
11. Bajo riesgo de incendio, la capacidad de uso en entornos explosivos.
12. Resistencia a la humedad, resistencia a ambientes agresivos.

Pero también hay inconvenientes menores:

1. Los LED blancos son más caros y más difíciles de fabricar que las lámparas incandescentes, aunque su precio está disminuyendo gradualmente.
2. Mala calidad de reproducción del color, que, sin embargo, está mejorando gradualmente.
3. Los potentes LED requieren un buen sistema de refrigeración.
4. Deterioro rápido del rendimiento e incluso fallo a temperaturas ambiente elevadas de más de 60 - 80 °C.
5. A los fósforos tampoco les gustan las altas temperaturas, porque. el coeficiente de conversión y las características espectrales del fósforo se deterioran.
6. La carcasa del LED está hecha de plástico de silicona o resina epoxi ópticamente transparente, que envejece y se atenúa y se vuelve amarilla bajo la influencia de la temperatura, absorbiendo parte del flujo de luz.
7. Un LED moderno, potente y ultrabrillante puede cegar y dañar la visión de una persona.
8. Los contactos están sujetos a fallas por corrosión. Los reflectores (generalmente de plástico recubierto con una fina capa de aluminio), a temperaturas elevadas, se deterioran con el tiempo, y el brillo y la calidad de la luz emitida se deterioran gradualmente.

VIDA REAL DE LEDS BLANCOS.

Arroz. 7 Disminución en la salida de luz durante la operación y comportamiento de falla de lámparas incandescentes (INC), lámparas fluorescentes (FL), lámparas de descarga de alta intensidad (HID) y lámparas LED (no a escala, se muestran curvas tipo).

Revista "Electronics Time", Artículo "Determinación de la vida útil de los LED"
Escrito por Eric RichmanericHombre rico), Investigador senior,PacíficonoroesteNacionallaboratorios (PNNL)

Hemos conocido alrededor de 100.000 horas de servicio LED durante muchos años. ¿Qué tal realmente?
“En los primeros días de los LED, el tiempo de ejecución más común era de 100 000 horas. Al mismo tiempo, nadie podía explicar de dónde procedía este número mágico. Lo más probable es que lo dictara el mercado, no la ciencia. Philips Lumileds fue el primer fabricante de LED en indicar la duración del funcionamiento, basándose en parámetros técnicos reales, con su creación, el Luxeon LED. La durabilidad de los primeros dispositivos Luxeon, con una corriente de excitación dada de 350 mA y una temperatura de unión de 90 grados centígrados, se estimó en 50.000 horas. Esto significa que tras 50.000 horas de funcionamiento del LED en unas condiciones dadas, su flujo luminoso disminuirá al 70% del original.
Artículo "Aguas desconocidas: determinando la durabilidad de las lámparas LED", Revista Electronics Time, Timur Nabiev.

Actualmente, no existe un estándar que defina para los LED qué es exactamente "vida útil". Tampoco existen estándares que cuantifiquen el cambio de color de un LED a lo largo del tiempo. No está definido cómo debe funcionar el LED después de este período. Algunas empresas líderes se han visto obligadas a determinar ellos mismos los criterios para la vida útil. Por ejemplo, se eligieron dos valores umbral del flujo luminoso: - 30% y 50%, al llegar a los cuales el LED se considera fuera de servicio. Y estos valores dependen de la percepción de la luz emitida por el ojo humano.
1) - Reducción del 30% del flujo luminoso de la luz LED reflejada. Es decir, cuando la luz LED ilumina la carretera, los objetos circundantes, etc.
2) - Reducción del 50% del flujo luminoso cuando se utiliza luz directa, por ejemplo, en semáforos, señales de tráfico, luces de estacionamiento de automóviles...
Y otras empresas de primer nivel eligen solo un umbral: 50%.
Además, la degradación de los LED y las lámparas LED ocurre en todos los niveles, comenzando con la unión p-n y terminando con la lente de plástico frontal transparente de la carcasa de la lámpara. Además, los LED indicadores y de señal de baja potencia pueden servir durante décadas. Y los LED modernos súper brillantes, que a menudo funcionan en un modo estresante, tanto en términos de corriente como de temperatura, y pierden su brillo mucho más rápido. Por lo tanto, la vida útil real de los LED modernos de alta calidad es de varios meses a cinco o seis años en funcionamiento continuo. Por ejemplo, Petzl afirma que sus luces LED tienen una vida útil de al menos 5000 horas. Por cierto, las empresas líderes a menudo afirman que sus dispositivos tienen una vida útil más corta que la de los fabricantes asiáticos de "súper presupuesto", que simplemente aumentan el valor actual y logran un brillo brillante. A la hora de comprar linternas, todas las características de los LED corresponden a las de pasaporte, en las que siempre escriben sobre las mágicas 100.000 horas. Pero la vida útil real de dichos LED no puede exceder las 1000 ... 1500 horas, y durante este tiempo el flujo luminoso disminuye al menos 2 veces.

BATERIAS Y ACUMULADORES.

Durante el funcionamiento, las baterías y los acumuladores se descargan, la tensión de alimentación disminuye, el brillo de los LED y el flujo luminoso efectivo disminuyen gradualmente.

Curva de reducción de brillo para descarga natural de la batería.

Brillo con ajuste electrónico. La iluminación de 0,25 lux se mide a una distancia de 2 metros de la lámpara. (Esta iluminación la da la luna durante la luna llena).

Para mejorar la salida de luz efectiva, se utiliza el ajuste electrónico (estabilización) de la tensión de alimentación. La intensidad de la corriente está controlada por un microcircuito especial, que garantiza un brillo estable durante todo el tiempo de funcionamiento. La idea fue desarrollada por primera vez por Petzl. Gracias al circuito electrónico, las luces tienen características estables durante todo el tiempo de funcionamiento, para luego pasar al modo de emergencia (0,25 lux). Un brillo de 0,25 lux es la iluminación que da la luna llena por encima del horizonte en un día despejado.

Fuentes de alimentación óptimas.

1. Para las linternas LED de hoy en día, estas son, por supuesto, baterías desechables alcalinas o de litio (iones de litio). Las baterías de litio son livianas, tienen una gran capacidad y funcionan bien a bajas temperaturas. Estas son, por ejemplo, baterías de Li-MnO2 CR123 o CR2 con un voltaje de 3V o baterías de Li-FeS2 (disulfuro de hierro y litio) con un voltaje de 1.5V, pero no todas las luces LED son compatibles con las baterías de litio; debe especificar en las instrucciones.
2. Baterías.

Corriente 1C significa una corriente numéricamente igual a la capacidad nominal.

* Del artículo: A.A. Taganova "FUENTES DE CORRIENTE DE LITIO PARA EQUIPOS ELECTRÓNICOS PORTÁTILES"

Niquel Cadmio (NiCd) tienen un peso y unas dimensiones reducidos, son poco respetuosos con el medio ambiente: el cadmio es un metal terriblemente nocivo para la salud. Explosivo con una carcasa duradera y sellada, que tiene microválvulas para la descarga automática de gas, pero al mismo tiempo, suficientemente alta confiabilidad y altas corrientes de carga-descarga. A menudo se utilizan en equipos de a bordo y para dispositivos que consumen mucha energía, como las luces de buceo. El único tipo de batería que puede almacenarse descargada, a diferencia de las baterías de hidruro metálico de níquel (Ni-MH), que deben almacenarse completamente cargadas y las baterías de iones de litio (Li-ion), que deben almacenarse con una carga del 40 % de la capacidad de la batería.
Hidruro metálico de níquel (Ni-MH) se desarrollaron para reemplazar el níquel cadmio (NiCd). Las baterías de NiMH están prácticamente libres del "efecto memoria" y, a menudo, no se requiere una descarga completa. Amigable con el medio ambiente. El modo de operación más favorable: carga con una corriente pequeña, capacidad nominal de 0.1, tiempo de carga: 15-16 horas (recomendación del fabricante). Se recomienda almacenar las baterías completamente cargadas en el refrigerador, pero no por debajo de 0 C?. Proporciona una ventaja del 40-50 % en el consumo de energía específico en comparación con el antiguo favorito: NiCd. Tienen un potencial significativo para aumentar la densidad de energía. Respetuoso con el medio ambiente: contiene solo toxinas reciclables leves. Barato. Disponible en una amplia gama de tamaños, opciones y rendimiento.

DIMENSIONES Y INTERMITENTES.

12) Ojo de gato TL-LD1000

13) RÁPIDO 1 (TL-LD611-F) Ojo de gato

La práctica de seguridad europea implica el uso no solo de las luces de posición traseras sino también de las delanteras.
Luces delanteras (blancas) y traseras (rojas) Rapid 1, con batería recargable USB e indicador de nivel de carga. La alta potencia de la linterna se logra mediante el uso de tecnología SMD-LED y OptiCube™. El parpadeo de CatEye Rapid 1 llama la atención de automovilistas y transeúntes.
4 modos de funcionamiento proporcionan una selección óptima de parámetros, tanto de noche como de día. CatEye Rapid 1 viene con el soporte de perfil bajo SP-12 Flextight™, que es compatible con todos los nuevos RM-1.

Tiempo de trabajo: 5 horas (modo continuo)

25 horas (modos rápido y pulso)

40 horas (modo intermitente)

Modo de memoria de iluminación (el último modo que activó)

Batería USB de iones de litio - recargable

Peso unos 41 gr. con montura y batería

Clip en la ropa.

14) SOLAR (SL-LD210) ojo de gato

El ciclista debe ser visible no solo desde atrás, sino también por el tráfico que se aproxima, no solo de noche, sino también de día, con la luz lateral encendida.

Un LED de 5 mm se enciende automáticamente en modo intermitente cuando se conduce en la oscuridad. El panel solar incorporado se carga en 2 horas en buenas condiciones climáticas y proporciona hasta 5 horas de funcionamiento. Disponible en modelos de montaje delantero y trasero y viene con el nuevo soporte Flextight™. Peso 44gr. con soporte y batería

DINAMO - LINTERNAS (BUGS).

15) azulPÁJARO

3 LEDs, luminosidad 6 Lm, 3 modos, dos constantes (1LED y 3LED), uno intermitente (3LED), funcionamiento tras recarga: - unos 40 minutos (3LED); - unos 90 minutos (1LED), peso con soporte de manillar 115g.

Impresión:

Pues una linterna muy acertada, en mi humilde opinión, tanto de tamaño en bicicleta, como para iluminar en “modo manual” en tienda, en parada y en general. En condiciones urbanas civilizadas, cuando hay iluminación general y con buena vista, puede incluso ser la lámpara principal, sobre todo si se conoce el camino. La dinamka gira fácilmente, no hace mucho ruido, la batería se carga rápidamente. Brilla una buena luz blanca. ¡DE ACUERDO!

16) Cargador Energenie EG-PC-005 para teléfonos móviles con accionamiento manual y linterna. Instalado en una bicicleta.

La energía es generada por una dínamo con una manivela. Al girar la manija durante tres minutos, el teléfono móvil se carga durante al menos 8 minutos de tiempo de conversación. Girar el mango durante 10 minutos proporciona una linterna brillante durante al menos 50 minutos.

Especificaciones

• Voltaje saliente - 4.0-5.5V
• Corriente de salida hasta 400 mA
• La batería recargable Ni-MH de 80 mAH incorporada permite al menos 500 recargas completas
• 2 linternas:
  -cabeza: LED, con una carga máxima ilumina hasta 10 metros.
  -trasero: LED rojo.
• Dos modos: brillo constante (3LED), estroboscópico (3LED)
• Peso neto 0,2 kg
  Contenido de la entrega

• Cargador de móvil manual Energenie EG-PC-005 con soporte para bicicleta y linterna frontal
• linterna trasera con cable de 1,2 m
• cable para telefonos nokia
• 6 adaptadores para otros teléfonos

Impresión:

De buen tamaño, adecuado para iluminar en una tienda de campaña y para todas las necesidades del hogar. Los LED no son los mejores, con un tinte azulado claro, lo cual no es bueno. Desafortunadamente, la batería tiene algunas dificultades para hacer frente a una carga doble (3CONDUJO) en el frente y un sobre rojo en la parte posterior, y "siéntese" lo suficientemente rápido. Tuve que apagar y tirar la luz trasera roja y, en mi humilde opinión, mejoró (más tiempo). La palanca del altavoz gira con facilidad, no hay mucho ruido, su propia batería se carga sin problemas. Tuve que cargar en condiciones de campo y un teléfono móvil y un libro electrónico. Con un poco de perseverancia y paciencia, esto se puede hacer, pero hay que trabajar duro. Cuando la linterna funciona con una carga externa, la fuerza en la palanca aumentará significativamente y tendrás que sudar un poco. Pero la evaluación general de este dispositivo es algo útil.

17) Cargador Energenie EG-SC-001 para teléfonos móviles con batería cargada desde la luz y desde la red y con linterna LED incorporada.

La presencia de un conector USB le permite cargar rápidamente la batería incorporada equipada con protección contra sobrecarga, descarga profunda, sobrecarga y cortocircuito. En caso de batería baja, se activa un sistema de alerta. Tiene una linterna LED incorporada.

Carga los siguientes teléfonos móviles y está equipado con los siguientes conectores: Nokia 6101 y 8210 series, Samsung A288 series, Mini USB 5pin, Sony Ericsson K750 series, Micro-USB.

Células solares Energía EG-SC-001 le permite cargar dispositivos móviles en una caminata, por supuesto, en un clima soleado.
Especificaciones

• voltaje de salida - 5.4V
• corriente de salida hasta 1400 mA
• La batería recargable de iones de litio incorporada de 2000 mAH permite al menos 500 recargas completas
• conector USB incorporado 5-6V
• linterna led brillante
• dimensiones: 116*49*26mm
• peso 130g

Contenido de la entrega

• Cargador
• Adaptador de corriente USB AC220V-DC5V A negro
• 5 adaptadores para cargar teléfonos móviles
• Conexión del cable USB.

Están hechos sobre la base de un cristal azul (InGaN) y un fósforo amarillo, que le permite convertir la radiación azul en blanca. Con esta tecnología se obtiene un mayor rendimiento lumínico y además es económicamente beneficiosa. El término "fósforo" en sí mismo proviene del latín lumen - luz y del griego phoros - portador. Bajo la acción de varios tipos de excitaciones, esta sustancia comienza a brillar. Para crear LED blancos, se utiliza un fósforo amarillo, que es un granate de itrio y aluminio modificado dopado con cerio trivalente. Así, se consigue un espectro de luminiscencia con una longitud de onda máxima de 530..560 nm. Para conseguir un LED con luz fría, al fósforo se le añaden aditivos de Galio, y con luz oscura aditivos de Gadolinio. A su vez, los fabricantes mundiales de iluminación LED utilizan fósforos con los siguientes parámetros en su producción:

1 La longitud de onda de la máxima emisión del fósforo
2 Longitud de onda dominante de la emisión de fósforo
3 Temperatura de color de emisión de LED correlacionada

Y en esta tabla puedes averiguar el coeficiente de conversión del fósforo por el flujo luminoso:

Analicemos el valor actual de 350 mA como ejemplo. A este valor, el flujo luminoso del cristal de luz azul original es de 11,5 lm, y con un fósforo basado en el mismo cristal será 3 veces más (unos 34,5 lm). En la práctica, resulta que en varias versiones de LED de iluminación blanca con fósforo, la proporción del flujo luminoso blanco resultante y el azul original puede alcanzar hasta 5 y, por regla general, en la mayoría de los LED de empresas conocidas. tiene un valor de al menos 4, lo que indica la calidad del fósforo y el grado de conformidad de sus propiedades con las características del cristal azul original.

Pero también cuando se usa un fósforo, hay una pérdida de potencia óptica al pasar de luz azul a luz blanca. Las pérdidas pueden alcanzar hasta el 25% a diferentes densidades de corriente. Esto puede deberse a pérdidas directamente durante la reemisión del fósforo y con un cambio en la composición espectral de la radiación del cristal azul con un cambio en la corriente.

Degradación de fósforo en LED blancos

La destrucción (degradación) del fósforo es causada por el funcionamiento del LED con un proceso de eliminación de calor incorrecto o violatorio. Tal impacto en el fósforo solo puede conducir a una disminución en el brillo del LED, así como a un cambio en la sombra de su brillo. Un signo de fuerte degradación del fósforo es un tinte azul claramente visible del brillo, porque su espectro comienza a dominar la propia radiación del cristal LED.

Ahora, probablemente, solo los sordos no han oído hablar de las lámparas LED y los LED súper brillantes. Entre los radioaficionados, un LED súper brillante ha sido durante mucho tiempo objeto de un estudio minucioso y el elemento principal de los dispositivos innovadores de fabricación casera. Sí, esto no es sorprendente, los LED superbrillantes son interesantes principalmente por su eficiencia y buenas características de salida de luz. Los LED tienen buena resistencia mecánica, no temas vibraciones ni sacudidas. No es de extrañar que los LED de alta potencia se utilicen cada vez más en la industria automotriz.

Otra cualidad positiva importante de los LED se puede considerar que comienzan a emitir instantáneamente después de que se les aplica energía. Las lámparas fluorescentes, por ejemplo, son inferiores a los LED en este sentido. Para un funcionamiento duradero de una lámpara fluorescente, se recomienda un arranque en caliente, cuando se precalientan los filamentos. La lámpara se enciende después de unos segundos.

A principios de la década de 1990, Nichia presentó el primer LED azul y blanco del mundo. Desde entonces, se ha iniciado una carrera tecnológica en la producción de LED de alta potencia y súper brillo.

Por sí mismo, un LED no puede emitir luz blanca, ya que la luz blanca es la suma de todos los colores. Diodo emisor de luz emite luz de una estrictamente definida longitud de onda. El color de la emisión del LED depende del ancho de la banda prohibida de energía de la transición, donde ocurre la recombinación de electrones y huecos.

La banda prohibida de energía, a su vez, depende del material del semiconductor. Para producir luz blanca en un cristal. LED azul se aplica una capa de fósforo que, bajo la acción de la radiación azul, emite luz amarilla y roja. La mezcla de azul, amarillo y rojo produce luz blanca.

Es una de varias tecnologías de luz blanca generalizadas que utilizan diodos emisores de luz.

La tensión de alimentación de los LED blancos ultrabrillantes, por regla general, se encuentra entre 2,8 antes 3,9 voltio. Las características exactas del LED se pueden encontrar en la descripción (hoja de datos).

Se encuentran disponibles potentes LED blancos ultrabrillantes, pero aún son costosos en comparación con los LED indicadores rojos y verdes, por lo que se debe tener cuidado al usarlos en aplicaciones de iluminación. fuente de alimentación LED de alta calidad.

A pesar de que el recurso de los LED es bastante grande, cualquier emisor de luz semiconductor Muy sensible a la sobrecorriente. Como resultado de sobrecargas, el LED puede permanecer operativo, pero su salida de luz será significativamente menor. En algunos casos, un LED que funciona parcialmente puede provocar la falla del resto de los LED que se incluyen con él.

Para excluir la sobrecarga de los LED y, en consecuencia, su falla, aplique controladores de potencia en microcircuitos especializados. El controlador de potencia no es más que una fuente de corriente estabilizada. Para ajustar el brillo de los LED, se recomienda utilizar la modulación de pulso.

Es posible que en un futuro próximo los fabricantes de LED de alta potencia incorporen un chip estabilizador de corriente directamente en el diseño de un LED de alta potencia, similar a los LED intermitentes ( led parpadeante ), que tienen un chip generador de impulsos incorporado.

El LED puede funcionar durante décadas, pero con la condición de que el cristal emisor de luz no se caliente demasiado debido al flujo de corriente. En los LED modernos de alta potencia, la corriente de suministro puede alcanzar más de 1000mA(¡1 amperio!) a la tensión de alimentación de 2,5 antes 3,6 – 4 voltio. Dichos parámetros tienen, por ejemplo, LED potentes Lumileds . Para eliminar el exceso de calor en dichos LED, se utiliza un radiador de aluminio, que está integrado estructuralmente con el cristal LED. Los fabricantes de LED blancos de alta potencia también recomiendan instalarlos en disipadores de calor adicionales. La conclusión es obvia: si desea que el LED funcione a largo plazo, asegúrese de que haya una buena disipación del calor.

Al montar LED de alta potencia, debe recordarse que la base conductora de calor del LED no es eléctricamente neutro. En este sentido, es necesario asegurar el aislamiento eléctrico de las bases de los LED cuando se montan en un radiador común.

Dado que el voltaje de suministro típico de los LED ultrabrillantes es 3,6 voltios, entonces tales LED se pueden usar fácilmente para linternas LED junto con baterías recargables del formato Automóvil club británico. Para alimentar el LED se necesitan 3 baterías recargables conectadas en serie con un voltaje de 1,2 voltio. El voltaje total será justo el requerido. 3,6 voltio. En este caso, no se necesitan convertidores de voltaje.

El precio aún alto de los LED de alta potencia está asociado con la complejidad de fabricar un LED de alta potencia. ¡El costo de las instalaciones tecnológicas modernas, que producen cristales LED de alta potencia utilizando tecnología epitaxial, es de 1,5 a 2 millones de dólares!

Estructuralmente, un LED potente es un dispositivo bastante complejo.

La figura muestra el dispositivo de un LED Luxeon III superbrillante de Lumileds, con una potencia de 5 vatios .

Como se puede ver en la figura, LED ultrabrillante moderno es un dispositivo complejo que requiere muchos pasos tecnológicos en la fabricación.

En la actualidad, los fabricantes de LED de alta potencia están probando diferentes tecnologías LED utilizando diferentes materiales y componentes. Todo esto tiene como objetivo reducir el costo de los LED y garantizar la calidad requerida del producto.

Cabe señalar que un LED potente, fabricado en violación del proceso tecnológico y utilizando materiales de baja calidad, pierde su salida de luz calculada después de un tiempo de funcionamiento. Como regla general, estos LED son más baratos que los análogos. LED baratos durante la primera 4000 horas de operación pierden su brillo en 35% . Esto se debe al hecho de que el material epoxi de la bombilla LED se vuelve amarillo y la emisividad del chip LED azul y la capa de fósforo que se le aplica también disminuyen. Para LED de calidad 50 000 horas de operación, el brillo disminuye en no más de 20% .

LED blanco

A diferencia de las lámparas fluorescentes incandescentes y de luz blanca tradicionales, los LED generan luz en un rango muy estrecho del espectro, es decir, dar un brillo casi monocromático. Es por eso que los LED se han utilizado durante mucho tiempo en paneles de control y guirnaldas, y hoy en día se utilizan con especial eficacia en instalaciones de iluminación que emiten un determinado color primario, por ejemplo, en semáforos, punteros, luces de señalización.

El principio del LED blanco

El principio del dispositivo LED blanco no es muy complicado, la tecnología de implementación es complicada. Para que el LED emita luz blanca, hay que recurrir a elementos técnicos y soluciones técnicas adicionales. Las principales formas de obtener un brillo blanco en los LED son:

aplicando una capa de fósforo, sobre cristales azules;

aplicar varias capas de fósforo a cristales que emiten luz de color cercano al ultravioleta;

Sistemas RGB, en los que mezclando la luz de muchos diodos monocromáticos rojos, verdes y azules, se consigue un brillo blanco.

En el primer caso, con mayor frecuencia, se utilizan cristales LED azules, que están recubiertos con fósforo, fósforo amarillo. El fósforo absorbe algo de luz azul y emite luz amarilla. Cuando la luz azul restante no absorbida se mezcla con amarilla, se obtiene una luz cercana al blanco.

El segundo método es una tecnología desarrollada recientemente para obtener fuentes de luz blanca de estado sólido basadas en una combinación de un diodo que emite un brillo de color cercano al ultravioleta y varias capas de fósforo fósforo de varias composiciones.

En este último caso, la luz blanca se obtiene de forma clásica mezclando los tres colores básicos (rojo, verde y azul). La calidad de la luz blanca se mejora al agregar LED amarillos a la configuración RGB para cubrir la parte amarilla del espectro.

Ventajas y desventajas de los antiguos LED.

Cada uno de estos métodos tiene sus lados positivos y negativos. Por lo tanto, para los LED de fósforo blanco, fabricados según el principio de una combinación de cristales azules con un fósforo, un índice de reproducción cromática bastante bajo, una tendencia a generar luz blanca en tonos fríos, un tono heterogéneo del brillo a un nivel suficientemente alto. el flujo luminoso y un costo relativamente bajo son característicos.

Blanco LED de fósforo Basados ​​en una combinación de diodos ultravioleta cercano y fósforos multicolores, tienen un excelente índice de reproducción cromática, pueden generar luz blanca con tonos más cálidos y son más uniformes en tonos de luminiscencia de diodo a diodo. Sin embargo, consumen más electricidad y no son tan brillantes como los primeros.

A su vez, los LED RGB le permiten crear efectos dinámicos de luz en instalaciones de iluminación con un cambio en el color del brillo y varios tonos del brillo blanco y, potencialmente, pueden proporcionar un índice de reproducción cromática muy alto. Al mismo tiempo, los LED de colores individuales responden de manera diferente a la cantidad de corriente operativa, su temperatura ambiente y atenuación, y por lo tanto, los LED RGB requieren sistemas de control bastante complejos y costosos para lograr un funcionamiento estable.

Para que las luminarias basadas en LED blancos brinden una mejor luz, es decir, un espectro más completo, en el diseño de lámparas que utilizan